高等第4章亲核取代PPT
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《亲核取代反应机》课件
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汇报人：PPT
亲核取代反应机实验操作
实验准备
实验材料：准备 所需的试剂、催 化剂、溶剂等
实验设备：搭建 实验装置，检查 设备是否正常运 行
实验步骤：熟悉 实验流程，了解 每个步骤的操作 方法
安全注意事项： 注意实验安全， 遵守操作规程
实验步骤及注意事项
实验前准备： 检查实验器材、 试剂是否齐全， 确保实验安全
实验操作步骤： 按照规定的操 作顺序进行实 验，注意观察
反应现象
注意事项：注 意实验安全， 避免意外事故 发生；注意保 护环境，减少 实验废弃物对
环境的影响
实验结果分析： 对实验结果进 行分析，总结 实验经验，为 后续实验提供
参考
实验结果分析
实验数据记录：详细记录实验过程 中的各项数据，如反应时间、温度、 压力等
应用范围比较
亲核取代反应机：适用于多种类型的反应，如卤代烃的水解、醇的卤化 等。
其他反应机：如氧化反应机、还原反应机等，适用于特定类型的反应。
比较：亲核取代反应机的应用范围更广泛，而其他反应机的应用范围相 对较窄。
结论：亲核取代反应机具有更广泛的应用范围，适用于多种类型的反应。
优缺点比较
亲核取代反应机的优点：高选 择性、高反应速率、高原子利 用率
合成有机化合物的反应原 理
合成有机化合物的应用案 例
亲核取代反应机在合成有 机化合物中的优势
制备手性化合物
手性化合物的定义与性质 亲核取代反应机在制备手性化合物中的应用 制备手性化合物的实验案例 亲核取代反应机与其他方法比较
应用于药物研发
亲核取代反应机在药物研 发中的应用
亲核取代反应机在药物合 成中的优势
亲核取代反应机理(有机化学初解)
H3C CH Cl
CH CH3
CH3
2-甲基-3-氯丁烷
系统命名法 卤代烯烃的命名
与烯烃的命名方法类似，将卤素视为取代基
CH2 CH CH2Cl
3-氯丙烯
H3C CH CH CH CH3
Br
4-溴-2-戊烯
系统命名法 卤代烯烃的命名
H3C CH C CH CH3
Cl CH3
3-甲基-4-氯-2-戊烯
R-X＋NH3RNH2＋HX RN+H3＋X当用碱处理时可释放出游离胺:
RN+H3 + OH- RNH2 + H2O
生成的胺也可以与卤代烷进一步反应:
R-X＋RNH2 R2N+H2＋XR-X＋R2NH R3N+H＋XR-X＋R3N R4N+X-
5. 与硝酸银反应
卤代烷与硝酸银的醇溶液反应，生成硝酸酯和 卤化银沉淀。
反应前
反应后
瓦尔登(Walden)转化
+ CH3CHC6H13
I*- 丙酮
I
+ CH3CHC6H13
I-
I*
消旋化速度是交换速度的二倍
R-X + AgONO2 R-ONO2 + AgX
这是鉴别卤代烷的简便方法。卤代烷与硝酸银 醇溶液反应的相对活性是：
３°>２ °> １ °； RI>RBr > RCl
亲核取代反应历程
双分子历程（SN2） 单分子历程 (SN1)
双分子历程 （SN2）
研究表明，溴甲烷的碱性水解反应速率与 卤代烷的浓度以及碱的浓度成正比。
碳卤键具有 较大极性
卤代烷的亲核取代反应
δ+ δ-
卤代烃—亲核取代反应(有机化学课件)
卤代烃的亲 核取代反应
卤代烃在有机合成的多种用途
灭火器
制冷剂
管材
薄膜
墙板地板
日用品
目录CONTENT来自01亲核取代反应
02
亲核取代反应实例
01
亲核取代反应
亲核取代反应 1.卤代烷结构分析
导入动画
结论：卤代烃的取代是一个亲核取代的过程。
亲核取代反应 2. 定义 亲核取代反应(SN)：
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。
2. 被烷氧基取代
卤代烷与醇钠作用，卤原子被烷氧基取代而生成醚类化合物。
+ R X
△ R'ONa
+ ROR'
NaX
Williamson 醚合成法
伯卤代烷 > 仲卤代烷 > 叔卤代烷
亲核取代反应实例
3. 被氰基取代
卤代烷与氰化钠或氰化钾在乙醇溶液中共热回流，卤原子被氰基（—CN）取代，
得到腈。
乙醇
+ RX
亲核取代反应实例
6. 卤化物的互换
氯代烷或溴代烷的丙酮溶液与碘化钠共热，可生成氯化钠和溴化钠沉淀。
丙酮
+ RCl NaI
丙酮
+ RBr NaI
+ RI
NaCl
+ RI
NaBr
卤代烷的 定性鉴定
伯卤代烷＞仲卤代烷＞叔卤代烷
小结
100% 80% 60% 40% 20%
R-X
NaOH
ROH 醇类
R’ONa ROR’ 醚类
NaCN
+ RCN
NaX
乙醇
+ CH 3CH 2CH 2Cl
NaCN
卤代烃在有机合成的多种用途
灭火器
制冷剂
管材
薄膜
墙板地板
日用品
目录CONTENT来自01亲核取代反应
02
亲核取代反应实例
01
亲核取代反应
亲核取代反应 1.卤代烷结构分析
导入动画
结论：卤代烃的取代是一个亲核取代的过程。
亲核取代反应 2. 定义 亲核取代反应(SN)：
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。
2. 被烷氧基取代
卤代烷与醇钠作用，卤原子被烷氧基取代而生成醚类化合物。
+ R X
△ R'ONa
+ ROR'
NaX
Williamson 醚合成法
伯卤代烷 > 仲卤代烷 > 叔卤代烷
亲核取代反应实例
3. 被氰基取代
卤代烷与氰化钠或氰化钾在乙醇溶液中共热回流，卤原子被氰基（—CN）取代，
得到腈。
乙醇
+ RX
亲核取代反应实例
6. 卤化物的互换
氯代烷或溴代烷的丙酮溶液与碘化钠共热，可生成氯化钠和溴化钠沉淀。
丙酮
+ RCl NaI
丙酮
+ RBr NaI
+ RI
NaCl
+ RI
NaBr
卤代烷的 定性鉴定
伯卤代烷＞仲卤代烷＞叔卤代烷
小结
100% 80% 60% 40% 20%
R-X
NaOH
ROH 醇类
R’ONa ROR’ 醚类
NaCN
+ RCN
NaX
乙醇
+ CH 3CH 2CH 2Cl
NaCN
《亲核取代反应》PPT课件
2021/4/25
7
2. 亲核取代反应机理
2021/4/25
8
2.1 亲核取代反应的几种形式
（1）中性底物 + 中性亲核试剂 （neutral substrate + neutral nucleophile）
RX + Y:
+
RY +
X:-
2021/4/25
9
例如下列反应：
CH3 C6H5 C Cl + CH3CH2OH
2CH
3
2021/4/25
10
2．中性底物 + 负离子亲核体 （neutral substrate + anionic nucleophile）
RX + Y:
RY + X:-
2021/4/25
11
象这类型反应有：
CH3CHCH2CN
NaI acetone
CH3CHCH2CN
Br
I
CH2OTs
LiBr acet one
N3(1)
(-) N3
CH3
C
C6H5
H2/Pt (2)
H
H
CH3 (-) H2N C C6H5
H
SH (3)
(-) HS
CH3
C
C6H5
CH3I (4)3C)2HS C C6H5
H
N3- (+) C6H5
(5)
CH3 C N3 H
1,3,5 为SN2反应，构型翻转了。 1,2两3,,54种,为6途不SN经涉2反得及应到手，的性构产C的型物反翻是应转一，了对无。对构映型体变化 2,4,6 不涉及手性C的反应，无构型变化 两种途经得到的产物是一对对映体
高等第4章亲核取代
反应条件
酰胺形成反应通常在缩合剂存在下进行，常用的缩合剂包括二环己基碳二亚胺（DCC）、1-乙基-3-(3-二甲 基氨基丙基)碳二亚胺（EDC）等。此外，反应温度、溶剂等因素也会影响反应速率和产物收率。
应用举例
酰胺形成反应在有机合成和药物合成中应用广泛，例如可用于制备抗生素、激素等化合物。此外，该反应还 可用于制备高分子材料、涂料等领域。
立体构型的控制
通过选择合适的反应条件和手性催化剂，可以控制亲核取代反 应的立体化学过程，从而合成具有特定立体构型的化合物。
天然产物全合成中亲核取代步骤
糖类的合成
在天然产物的全合成中，亲核取代反应常用于糖类的合成，如通 过醛糖与醇的反应合成糖苷键。
氨基酸的侧链修饰
亲核取代反应可用于氨基酸侧链的修饰，从而合成具有特定功能的 非天然氨基酸。
电负性较大的离去基团更 容易接受电子，从而更容 易离去。
空间位阻效应
离去基团周围的空间位阻 越大，反应速率越慢。
亲核试剂与离去基团选择原则
1 2
根据反应条件选择
不同的亲核试剂和离去基团需要不同的反应条件， 如温度、压力、溶剂等。
根据产物稳定性选择
产物越稳定，反应越容易进行。因此，在选择亲 核试剂和离去基团时，需要考虑产物的稳定性。
中性分子型亲核试剂
阳离子型亲核试剂
较少见，但在某些特定条件下，如溶 剂化作用等，阳离子也可表现出亲核 性。
如水、醇、氨等，亲核性较弱，但可 通过形成氢键等方式稳定反应中间体。
离去基团对反应影响
01
02
03
离去基团的稳定性
离去基团越稳定，反应越 容易进行。例如，卤素、 磺酸基等是较好的离去基 团。
离去基团的电负性
酰胺形成反应通常在缩合剂存在下进行，常用的缩合剂包括二环己基碳二亚胺（DCC）、1-乙基-3-(3-二甲 基氨基丙基)碳二亚胺（EDC）等。此外，反应温度、溶剂等因素也会影响反应速率和产物收率。
应用举例
酰胺形成反应在有机合成和药物合成中应用广泛，例如可用于制备抗生素、激素等化合物。此外，该反应还 可用于制备高分子材料、涂料等领域。
立体构型的控制
通过选择合适的反应条件和手性催化剂，可以控制亲核取代反 应的立体化学过程，从而合成具有特定立体构型的化合物。
天然产物全合成中亲核取代步骤
糖类的合成
在天然产物的全合成中，亲核取代反应常用于糖类的合成，如通 过醛糖与醇的反应合成糖苷键。
氨基酸的侧链修饰
亲核取代反应可用于氨基酸侧链的修饰，从而合成具有特定功能的 非天然氨基酸。
电负性较大的离去基团更 容易接受电子，从而更容 易离去。
空间位阻效应
离去基团周围的空间位阻 越大，反应速率越慢。
亲核试剂与离去基团选择原则
1 2
根据反应条件选择
不同的亲核试剂和离去基团需要不同的反应条件， 如温度、压力、溶剂等。
根据产物稳定性选择
产物越稳定，反应越容易进行。因此，在选择亲 核试剂和离去基团时，需要考虑产物的稳定性。
中性分子型亲核试剂
阳离子型亲核试剂
较少见，但在某些特定条件下，如溶 剂化作用等，阳离子也可表现出亲核 性。
如水、醇、氨等，亲核性较弱，但可 通过形成氢键等方式稳定反应中间体。
离去基团对反应影响
01
02
03
离去基团的稳定性
离去基团越稳定，反应越 容易进行。例如，卤素、 磺酸基等是较好的离去基 团。
离去基团的电负性
高等有机第四章+饱和碳原子上的亲核取代反应
其反应机理为：
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）
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）
高等有机化学亲核取代-PPT课件
1） 异面进攻反应（Nu-从离去基团L的背面进攻反应中心）
N u
-
C
δ δ N u C L … …
N u C +L
-
2） 构型翻转 （产物的构型与底物的构型相反——瓦尔登Walden转化）。
三、分子内亲核取代反应
从立体化学角度看，分子内亲核取代反应的立体化学特征是 中心碳原子的构型保持不变，即反应物和产物的构型相同。
§1 亲核取代反应机理
一、SN1 机理
+ N u R L
+ L N u R
ν =k1 R L
反应分两步进行 第一步 正碳离子的生成：是决定反应速率的一步。
RL
慢
δ
RL
δ
L + R +
第二步 亲核试剂进攻正碳离子：
+ N R + u -快
RN u
溴代叔丁烷的水解
第一步：
CH 2 CH 3 δ δ 慢 CH C Br C Br CH … 3 … 3 CH CH 3 3 CH 3 + B r C CH 3 CH 3
6. 卤离子互换反应
卤素相同、烃基结构不同的卤代烷，其活性 顺序为：1°>2°>3°。
醇的亲核取代反应
1.与氢卤酸反应
R O H + H X R X + H O 2
由于醇羟基不是好的离去基团，其亲核取代反应一般要在 酸性催化下进行，羟基质子化后以水的形式易于离去。
反应速度与氢卤酸的亲反应活性有关 HX的反应活性：HI>HBr>HCl
S 1 ， 有 重 排 N
S 2 ， 一 般 不 重 排 N
2、与卤化磷和亚硫酰氯反应
3 R O H+ P X ( P+X ) 3 2 3 R X+ P ( O H ) 3 X =B r、 I(制 ) 备 溴 代 或 碘 代 烃 R O H+ P C l5 R O H+ S O C l2 R C l +P O C l3 + H C l R C l +S O C l 2 +H 此 反 应 产 物 纯 净 制 氯 代 烃
N u
-
C
δ δ N u C L … …
N u C +L
-
2） 构型翻转 （产物的构型与底物的构型相反——瓦尔登Walden转化）。
三、分子内亲核取代反应
从立体化学角度看，分子内亲核取代反应的立体化学特征是 中心碳原子的构型保持不变，即反应物和产物的构型相同。
§1 亲核取代反应机理
一、SN1 机理
+ N u R L
+ L N u R
ν =k1 R L
反应分两步进行 第一步 正碳离子的生成：是决定反应速率的一步。
RL
慢
δ
RL
δ
L + R +
第二步 亲核试剂进攻正碳离子：
+ N R + u -快
RN u
溴代叔丁烷的水解
第一步：
CH 2 CH 3 δ δ 慢 CH C Br C Br CH … 3 … 3 CH CH 3 3 CH 3 + B r C CH 3 CH 3
6. 卤离子互换反应
卤素相同、烃基结构不同的卤代烷，其活性 顺序为：1°>2°>3°。
醇的亲核取代反应
1.与氢卤酸反应
R O H + H X R X + H O 2
由于醇羟基不是好的离去基团，其亲核取代反应一般要在 酸性催化下进行，羟基质子化后以水的形式易于离去。
反应速度与氢卤酸的亲反应活性有关 HX的反应活性：HI>HBr>HCl
S 1 ， 有 重 排 N
S 2 ， 一 般 不 重 排 N
2、与卤化磷和亚硫酰氯反应
3 R O H+ P X ( P+X ) 3 2 3 R X+ P ( O H ) 3 X =B r、 I(制 ) 备 溴 代 或 碘 代 烃 R O H+ P C l5 R O H+ S O C l2 R C l +P O C l3 + H C l R C l +S O C l 2 +H 此 反 应 产 物 纯 净 制 氯 代 烃
高等第4章亲核取代-文档资料
接受负电荷的能力越强，亲核取代反应速率越大。
1) 较好的离去基团是强酸的共轭碱：
A H+B
共轭酸 1 共轭碱 2
A +B H
共轭碱 1 共轭酸 2
强酸的共轭碱是 弱碱
重要的离去基团是 pKa < 5的酸的共轭碱，如： I- 是强酸 HI的共轭碱。
R OH Br R Br
TsCl Br
R OTs
O
O2N
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
Ph2CH
丙酮
Cl 慢
Ph2C+H + 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
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%
亲核取代反应
第四章： 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
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
特点
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。
第四章(亲核取代反应.2011研)
Same rate for X = Cl,Br,I.
溶剂效应
R-L
→〔 Rδ+…… ..Lδ- 〕→ R+ + LCH3 溶剂 H3C C OR + HCl CH3
CH3 H3C C Cl + ROH CH3
溶剂(水 乙醇 乙醇) 溶剂 水/乙醇 活性
0 /100 40 / 60 1 100
80 / 20 14,000
50% Retention of Configuration
Practice Problem
H Me C Cl Ph OH H2O
-
H C+ Me Ph
OH H2O
-
H Me Ph OH ＋ HO
H Me Ph
49% Retention
51% Inversion
CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 H2O ＋ Me OH Me Ethanol HO Me C Cl CH2CH2CH2CH3 CH2CH2CH2CH3 CH2CH2CH2CH3 (R)-5-Chloro -5-methylheptane 60% S Inversion 40% R Retention
反应机理
O R OH R H O S Cl Cl H+ O
+
Cl
S
R
O S Cl
O
R
+
SO 2 Cl -
R
+
SO Cl
-
2
R
Cl
+
SO
2
4.5. 邻基参与
亲核试剂和离去基团处同一分子中 分子内亲核取代反应/分子内S 分子内亲核取代反应/分子内SN2
卤代反应-亲核取代和消去反应(大学英文课件)
3
Reactions of the Walden Inversion
4
Significance of the Walden Inversion
The reactions alter the array at the chirality center The reactions involve substitution at that center Therefore, nucleophilic substitution can invert the
Alkyl halides are polarized at the carbon-halide bond,
making the carbon electrophilic Nucleophiles will replace the halide in C-X bonds of many alkyl halides(reaction as Lewis acid) Nucleophiles that are Brønsted bases produce elimination
8
Substitution Mechanisms
SN1
Two steps with carbocation intermediate Occurs 3° , allyl, benzyl Two steps combine - without intermediate Occurs in primary, secondary
SN2
9
Reactant and Transition-state Energy Levels
Higher reactant energy level (red curve) = faster reaction (smaller G‡). Higher transitionstate energy level (red curve) = slower reaction (larger G‡).
Reactions of the Walden Inversion
4
Significance of the Walden Inversion
The reactions alter the array at the chirality center The reactions involve substitution at that center Therefore, nucleophilic substitution can invert the
Alkyl halides are polarized at the carbon-halide bond,
making the carbon electrophilic Nucleophiles will replace the halide in C-X bonds of many alkyl halides(reaction as Lewis acid) Nucleophiles that are Brønsted bases produce elimination
8
Substitution Mechanisms
SN1
Two steps with carbocation intermediate Occurs 3° , allyl, benzyl Two steps combine - without intermediate Occurs in primary, secondary
SN2
9
Reactant and Transition-state Energy Levels
Higher reactant energy level (red curve) = faster reaction (smaller G‡). Higher transitionstate energy level (red curve) = slower reaction (larger G‡).
芳香族亲核取代反应PPT教案
NN Me
NN
NO O
第26页/共37页
(3)按苯炔机理进行的亲核取代反应
对于一取代
Cl
NH3
NH2
NH2
对于二取代
Z
Z
X
Z
Z
X
Z
Z
Z
X 第27页/共37页
形成苯炔: Z=吸电子基, 有助于脱掉邻位氢， Z=给电子基, 有利 于脱掉对位氢。 形成碳负离子中间体: Z=吸电子的，则负电荷距取代基比较近的碳负离子 比较稳定。
第28页/共37页
第29页/共37页
18.2.2 离去基团影响
某些基团当连在芳环上时，可以作为离去基团，
如NO2 , OR , OAr , SO2R 和 SR。
OH
OH, 100℃
NO2
NO2 NO2
NO2
NO2
NO2 ,100℃ NH3 C2H5OH
CH3O , CH3OH
NH2 NO2
OCH3
典型的反应
第3页/共37页
在芳香族化合物和脂肪族化合物中碳原子轨道杂 化的情况不同， 因而C芳-X键和C脂-X键的性质很 不一样。在sp2杂化形成的分子轨道中s轨道的比 例比较大， 在sp3杂化轨道中s轨道的比例比较小， 因而在Csp2 -X键中碳原子对价电子的吸引力比在 Csp3-X键中碳原于对价电子的吸引力强。从而芳 香族亲核取代反应没有脂肪族亲核取代反应那么 容易发生。再有，如果离去基团的中心原子对来 共用电子对，则P-共轭使得C-X键更加牢固。
NO2
P-CH3-C6H4-SNa
NO2 S C6H4 CH2 P
Cl
第31页/共37页 NO2
离去基团离去能力的大致次序是: F> NO2 > OTs > SOC6H5 > Cl , Br , I, > N3 > NR3 > OR , OAr , SR, SO2R , NH2 18.2.3 亲核试剂的影响
亲和取代反应机理20页PPT
C3H
C3H
过 渡 态 （ 2）
C3H C3HCO H
C3H
能量的变化：
（ CH 3）3 C …Br （ CH 3）3 C …OH
位
能
（ CH 3）3 C-Br + HO-
（ CH 3）3 C
（ CH 3）3 C-OH
反应进程
ＳＮ１反应的特征：
a、反应是两步完成
Ｂr－的离去
ＯＨ－后进入
b、速控步骤为第一步：
１、双分子亲核取代机理（ＳＮ２）
(讲）：亲核试剂ＨＯ：－中带有孤电子对的氧原 子亲核的进攻溴甲烷分子中带有部分正电荷的碳原子引发 反应
H
ＨＯ：- + C Br
H H
四面体结构
（１）
H HO C Br
HH
HO C H + Br H
H
Ｃ、Ｈ处于同一平面
（２）
（３）
反应机理：
旧键开始断裂：ＨＯ：－沿着Ｃ－Ｂr键的键 轴从Ｂr的背面进攻Ｃ原子，Ｃ－Ｂr键开始 断裂，键开始变长，键的强度开始减弱，Ｂr 原子开始带着一对电子离开 新键开始生成：ＨＯ：－中亲核的氧用其孤对 电子与溴甲烷中的Ｃ开始键合形成Ｃ－Ｏ键。
主讲内容:
亲核取代反应的机理
引 言:
亲核取代反应是卤代烷的一个重要化学性质：卤素原 子被其他原子或基团取代，生成其他类有机化合物．例如： 卤代烃的水解、醇解、氨解、氰解。
例如： （溴甲烷的水解）
CH3 Ｂr + NaOH
OH-
亲核试剂
H2O 回流
CH3 OH + NaＢr
问题: 反应经过什么样的历程？什么是亲核取代反应？
过渡态的Ｃ、Ｈ处于同一平面内，Ｃ原子的另一个Ｐ 轨道垂直与该平面，分别与ＯＨ和Ｂr形成两个键，但 这两个键都比正常的σ键弱
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1
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
2
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）
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：
8
R L离子化
R+L-
溶剂介入
+-
RL
R++L-
离解的离子
Nu SN2
构型翻转
Nu紧密离子对
翻转（主要）
Nu溶 离剂 子介 对入
Nu SN1
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。
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
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
RL慢 δRδL
R++L-
第二步 亲核试剂进攻正碳离子：
R++Nu- 快 RNu
第一步是决定
反应速率的一步。
6
例如： 二苯基氯甲烷在丙酮的水解反应：
Ph2C HC l丙 慢 酮Ph2C +H+C l Ph2C +HH 2OPh2C HO H
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
CH2Ph
Me CH OK Me CH OEt
α= +23.5°
12
SN1机理
L -
CL
C + N u-
N u-
CN u+N uC
Hale Waihona Puke 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 CH3Ph
Cl
O HH 2O C - HC 3+PO hH-CH3P ChOH
HO
C PhCH3
49%
51%
消旋化 (Racemization)
13
SN1的立体化学
构型转化
构型保14持
事实上，SN1反应往往伴随构型转化产物：
H
H
Ph C BrCH3OHCH3OCPh+ 73%消 旋 化 产 物
2. 双分子亲核取代 （Substitution Nucleophilic Bimolecular) ( SN 2)反应机理
N u-＋ R 'C H 2 L
HH
δ
N u
δ
CL
R '
R 'C H 2 N u＋ 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
10
SN2的立体化学
过渡态
构型相反 • 瓦尔登转化
11
构型 翻转
H
C6H13 C Br
NaOH SN 2
C6H13 HO C H
CH3
CH3
(R) - (-) - 2 - 辛烷 [α]25D= -34.25° 对映体的纯度=100%
(S) - (-) - 2 - 辛醇 [α]25D= -9.90° 对映体的纯度=100%
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 ( )
底物的浓度和试剂的浓度同时相关：
ν=k[RL][Nu] 二级反应
7
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
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
C H 2 P h
C H 2 P h E t O H C H 2 P h
M eC H O H T s A C l M eC H O T sK 2 C B O 3M eC H O E t
αα==++3333..00°°
αα==++3311..11°°
αα==--1199..99°°
KC
CH2Ph EtBr
• 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－
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
3
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。
N u+RL RN u+ 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。
变化，但两者相反。
4
中心碳原子
RCH2–A + Nu：
RCH2–Nu + A：
底物 （进入基团）
产物 离去基团
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
N u- + C X
N u 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。
5
二. 亲核取代反应机理 1. 单分子亲核取代 （Substitution Nucleophilic
Unimolecular) ( SN 1)反应机理
RL+N u- RN u+L -
ν =k1 R L
反应分两步进行
第一步 正碳离子的生成：
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。
9
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- ＋CL
δ
δ
Nu CL
Nu C
W alden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-
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
2
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）
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：
8
R L离子化
R+L-
溶剂介入
+-
RL
R++L-
离解的离子
Nu SN2
构型翻转
Nu紧密离子对
翻转（主要）
Nu溶 离剂 子介 对入
Nu SN1
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。
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
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
RL慢 δRδL
R++L-
第二步 亲核试剂进攻正碳离子：
R++Nu- 快 RNu
第一步是决定
反应速率的一步。
6
例如： 二苯基氯甲烷在丙酮的水解反应：
Ph2C HC l丙 慢 酮Ph2C +H+C l Ph2C +HH 2OPh2C HO H
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
CH2Ph
Me CH OK Me CH OEt
α= +23.5°
12
SN1机理
L -
CL
C + N u-
N u-
CN u+N uC
Hale Waihona Puke 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 CH3Ph
Cl
O HH 2O C - HC 3+PO hH-CH3P ChOH
HO
C PhCH3
49%
51%
消旋化 (Racemization)
13
SN1的立体化学
构型转化
构型保14持
事实上，SN1反应往往伴随构型转化产物：
H
H
Ph C BrCH3OHCH3OCPh+ 73%消 旋 化 产 物
2. 双分子亲核取代 （Substitution Nucleophilic Bimolecular) ( SN 2)反应机理
N u-＋ R 'C H 2 L
HH
δ
N u
δ
CL
R '
R 'C H 2 N u＋ 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
10
SN2的立体化学
过渡态
构型相反 • 瓦尔登转化
11
构型 翻转
H
C6H13 C Br
NaOH SN 2
C6H13 HO C H
CH3
CH3
(R) - (-) - 2 - 辛烷 [α]25D= -34.25° 对映体的纯度=100%
(S) - (-) - 2 - 辛醇 [α]25D= -9.90° 对映体的纯度=100%
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 ( )
底物的浓度和试剂的浓度同时相关：
ν=k[RL][Nu] 二级反应
7
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
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
C H 2 P h
C H 2 P h E t O H C H 2 P h
M eC H O H T s A C l M eC H O T sK 2 C B O 3M eC H O E t
αα==++3333..00°°
αα==++3311..11°°
αα==--1199..99°°
KC
CH2Ph EtBr
• 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－
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
3
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。
N u+RL RN u+ 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。
变化，但两者相反。
4
中心碳原子
RCH2–A + Nu：
RCH2–Nu + A：
底物 （进入基团）
产物 离去基团
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
N u- + C X
N u 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。
5
二. 亲核取代反应机理 1. 单分子亲核取代 （Substitution Nucleophilic
Unimolecular) ( SN 1)反应机理
RL+N u- RN u+L -
ν =k1 R L
反应分两步进行
第一步 正碳离子的生成：
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。
9
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- ＋CL
δ
δ
Nu CL
Nu C
W alden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-