第八章亲核取代

一. 反应类型
⑴ 底物为中性，亲核试剂带着一对孤对电子：
R3P + CH3CH2I
R3P CH2CH3 + I-
⑵ 亲核试剂带有负电荷：
PhCH2Cl + CN-
PhCH2CN+Cl-
⑶ 底物带有正电荷，亲核试剂带有孤对电子：
(CH3)3S++ (CH3)3N
(CH3)4N++(CH3)2S
⑷ 底物带有正电荷，亲核试剂带有负电荷：
KC
CH2Ph EtBr
CH2Ph
Me CH OK
Me CH OEt
α= +23.5°
SN1机理：
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 C
CH3 Ph
H H
H
Cl
OHH2O
C+
CH3
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。
三、邻基参与
当进行亲核取代反应的底物分子上带有一个能 作为亲核体的基团,并位于分子的适当位置时，能 够和反应中心部分地或完全地成键形成过渡态或 中间体，从而影响反应的进行，这种现象称为邻 基参与（Neighboring group participation）。
Me
H
苏型
Me
H
96%为苏型
Me
H
仅4%为赤型
而且D和L两种异构体的数量大致相等.
Me
C
H
Me C
H
OTs
+
Me
C
H
Me C
H
(c) σ- 参与作用
OB s H
(Ⅰ)
HOAc - H+
AcO
H
(Ⅱ)
(I)的速度比(IV)快350倍
+
OAc
H
(Ⅲ)
H
OBs
(Ⅳ)
四. 反应的立体化学
反应的立体化学与反应机理相关
第七章 饱和碳原子上的亲核取代反应
亲核取代反应的通式：
Nu + R L
R Nu +L-
RL一般称为反应底物。 Nu-具有亲核性，称为亲核试剂。 L- 称为离去基团。 离去基团所连的碳，称为中心碳原子。 这种由亲核试剂进攻而引起的取代反应称为亲核取代反应，
用SN表示（Substitution, Nucleophilic)
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-
例如：
C6H13
H
C
Br NaOH
SN 2
CH3
(R) - (-) - 2 - 辛烷 [α]25D= -34.25° 对映体的纯度=100%
+
CH3OH2
+
Cl-
CH3Cl +H2O
二. 反应机理 1. 单分子历程（SN1）
例： (CH3)3C Br + NaOH
(CH3)3C OH + NaBr
反应历程
CH3 第一步： CH3 C Br
CH3
慢
CH3
CH3 C+ + Brˉ
CH3
CH3 第二步： CH3 C+ + OHˉ
快
CH3 CH3 C OH
C6H13 HO C H
CH3
(S) - (-) - 2 - 辛醇 [α]25D= -9.90° 对映体的纯度=100%
CH2Ph
Me
CH
OH
TsCl A
αα==++3333..00°°
CH2Ph Me CH OTs αα==++3311..11°°
EtOH
CH2Ph
K2CO3 B
Me
CH OEt
αα==--1199..99°°
(a) n参与
化合物的分子中具有未共用电子对的基团位于离 去基团的β位置或更远时，此化合物在取代反应 过程中构型保持。
第一步：
R
:Z C R |
RC L
R
第二步：
R
CR
+Z | C
R
Nu:-
R
R
CR
+Z | C
R + L-
R
R :Z C R
| R C Nu
R
例如：当3-溴-2-丁醇的苏型(Threo)外消旋体 (±) 用HBr
H
OBs
BsO
H
BsO
H
(III)
(IV)
(V)
溶剂解速率：（Ⅳ）＞ (III) ＞（Ⅴ） 由此可以看出：只有当环丙基位于适当位置时才起 邻基参与作用，有时甚至比双键更有效。
(3) 芳基参与作用
β位的芳基能发生邻基参与作用。
Me H
Me H
H Me
Ph OTs
HOAc - H+
Ph OAc +
Ph OAc
CH3
CH3
2. 双分子历程（SN2）
例： CH3-Br + OH 反应历程
CH3OH + Br-
亲核试剂是在离去基的背面进攻中心碳原子，并造成中心碳 的构型反转，称为瓦尔登（Walden）转化。
3. 离子对机理
R L 离子化
Nu SN 2
构型翻转
R+L- 溶剂介入
+-
RL
R+ + L-
离解的离子
处理时，得到外消旋体 (±) -2,3-二溴丁烷
H CH3
Br OH
CH3 H Br
OH
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H CH3 CH3 H
H CH3
CH3
H
HBr Br
Br
Br
Br
H CH3 CH3
H
苏型dl
dl对
H
CH3 Br
CH3 H
(b) π参与
(1) C=C、C=O π键 的邻基参与作用
如反-7-降冰片烯基对甲苯磺酸酯的乙酸解，由于π参与， 反应速率比相应的饱和酯快1011倍, 且产物构型保持。
(CH3)3C 0
SN1反应： A. 电子效应 B. 空间效应
（2）亲核试剂的影响
几点规律：
1〕带有负电荷的试剂的亲核性强于其共轭酸： －OH > H2O, CH3O- > CH3OH
2）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。
RO- > HO- >> RCO2- > ROH > H2O CH3O- > PhO- > CH3CO2- > NO2-
H
OTs TsO
H
H
OTs
k（相HO对Ac）
H
（1） 1011
OTs
OAc
（2） 102.7
+
（3） 1
H
OAc
HOAc 保持构型
(2) 环丙基的参与作用
环丙烷的环某些性质与双键类似，因此处于适当 位置时也可能发生邻基参与作用。
H
OCOC6H4NO2-p
p-O2NC6H4OCO
H
(II) (I)
（Ⅰ）溶剂解速率比（Ⅱ）快1014倍。
OH-
Ph CH3
C Ph
OH
HO
C PhCH3
49%
51%
消旋化 (Racemization)
五. 影响反应活性的因素
（1）底物结构的影响
SN 2反应，卤代烷的反应活性是：甲基 > 伯 > 仲 > 叔
例如： R X Nu- SN2 R Nu X-
R CH3 k2 30
CH3CH2 1
(CH3)2CH 0.03