6第六章--脂肪族亲核取代反应
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H C6H5
R-溴代乙苯
R-α-苯乙醇
S-α-苯乙醇
Biblioteka Baidu
构型保持49%
构型反转51%
❖ 有重排（H-迁移）发生，也有消去反应发生（E1）
❖ (CH3)2CHCH2Br+I-→(CH3)3CI
影响亲核取代反应速度的因素
❖ 烃基结构的影响
电子效应 空间位阻
SN1反应活性
❖ 对SN1反应第一步生成碳正离子，如碳正离子稳定 （正电荷被分散）反应易进行。
SN1反应活性
H
HC
C
H
+H C
H
+ CH2=CHCH2
烯丙(苄)型卤 (p-π共轭，-C)
CH2 CH Cl
乙烯(芳)卤 (p-π共轭，+C)
:
+
+
CH2
Cl
❖ +I：(CH3)3CX＞(CH3)2CHX＞CH3CH2X＞CH3X
SN1反应活性
❖ 空间效应：位阻大SN1活性大（键角张大） ❖ R1R2R3CX→R1R2R3C+（键角109.5°→120°）
亲核试剂的影响
❖ 亲核试剂：对SN1反应速度影响不明显 ❖ 亲核试剂：对SN2反应速度影响很大（SN2反应：
v=k[RX][OH-]为二级反应） ❖ 影响试剂亲核性的因素：碱性、可极化性、
空间体积、所带电荷的性质、溶剂及底物的 性质
亲核性：
14,000
Water 100,000
More re active
SN1反应的特性：
❖ 反应两步完成 ❖ 动力学特性 一级反应 v=k[RX] ❖ 立体化学：产物为等量的一对对映异构体（外消旋体）
CH3 慢
H C Br -Br
C6H5
CH3
C+
:OH
快
H
C6H5
CH3 C
H
OH + HO
C6H5
CH3 C
Br-H2O
CH3CH2CHCH3 Br
负离子的碱性强弱可通过比较其共轭 酸来了解
❖ 酸性越强的共轭酸其共轭碱碱性越弱 （即为好的L） ❖ 强酸的共轭碱是好的离去基团 （I-＞Br-＞Cl-）
可极化性
❖ 在外电场作用下，电子云易变形的体积较大 的负离子易离去（如I-）
❖ 可极化性小的碱性强离子是差的离去基团 （R3C-，R2N-）。
性及可极化性） ❖ C-L键越弱越易离去，根据L-的碱性评价
❖ L-的碱性越弱形成的负离子越稳定，易被取代
❖ 碱性：F-＞Cl-＞Br-＞I-
❖ 强碱基团：NH2-, NR2-, HO-, RO难作离去基团，如生成弱共轭酸则易离去，
如：羟基
CH3CH2CHCH3 + H+ OH
CH3CH2CHCH3 O- H2
ROH , H2O: , NH3 等） ❖ L：离去基团（Leaving group）：反应时带一对电
子从碳原子上离开（X-）
❖ 中心碳原子：与L相连的碳原子。
SN反应有下列几种
❖ 底物与进攻试剂均为中性分子：（氧亲核试剂形 成C-O键）
❖ 底物为中性分子，进攻试剂为负离子
SN反应有下列几种
❖ 底物为正离子，进攻试剂为中性分子（氮亲核试剂， 形成C-N键）
对SN2反应的影响
❖ 电子效应影响较小
❖ 空间效应影响较大：位阻大，太拥挤不利于
进攻试剂由背面进攻（SN2）
如：新戊基溴的SN2反应
CH
3
3
CCH
2Br
OH
SN 2
不反应
❖ SN2反应活性依次递减的大致顺序： Ar3C-L>Ar2CH-L > ArCH2-L >ZCH2-L > C=CCH2-L > RCH2-L >R2CH-L > R3C-L > ZCH2CH2-L >R3C-CH2-L > C=C-L > Ar-L >
SN2（双分子亲核取代）一步完成
SN2亲核反应的特性：
❖ 反应一步完成 ❖ 动力学特征 二级反应 v=k[RR1R2X][Nu] ❖ 立体化学：产物构型Walden反转
❖ 有消去反应发生（E2）
SN1（单分子亲核取代）两步完成
SN1 反应的历程
SN1（单分子亲核取代）两步完成
SN1（单分子亲核取代）两步完成
❖ ·底物为正离子，进攻试剂为负离子（碳亲核试剂， 形成C-C键）
亲核反应历程
❖ SN2（双分子亲核取代）一步完成
SN2 反应的历程
SN2反应过渡态 反应势能变化图
Free energy
HH
#
HO Br
CH3
Ea
CH3Br + HO-
CH3OH+ Br-
progress of the reaction
L (Z=RCO,HCO,ROCO,NH2CO,NC等）
桥环烃桥头碳上连接离去基团时， 不易发生SN1、SN2反应
❖ 80%的乙醇中溶剂解：
化合物 (CH3)3CBr
Br
Br
相对速度
1
10-3
10-6
Br 10-13
离去基团（L）的影响
❖ 都涉及C-L断裂 ❖ L的离去倾向决定SN反应速度的大小（L-的碱
SN1 反应的影响因素
溶剂
CH3 H3C C Cl + ROH
CH3
CH3 H3C C OR + HCl
CH3
Solvent Ethanol
Relative re activity
1 Le s s re active
40% Water 60% Ethanol
100
80% Water 20% Ethanol
第六章
脂肪族亲核 取代反应
脂肪族亲核取代反应 （Nucleophilic Substitution,SN）
❖ 脂肪族化合物中饱和碳原子上的原子或基团被其 它亲核的原子或基团取代的反应。
: :
::
❖ RL（如卤代烷）：反应底物（反应物） （Substrate）：中性分子或带正电荷的离子
❖ Nu：亲核试剂（Nucleophile）：负离子或具有未共 用电子对的中性分子（如RO-，OH-，CN-，
❖ SN1反应活性（+I，+C） ❖ 反应活性依次递减
Ar3C-L,Ar2CH-L,ROCH2-L≈R2NCH2-L,R3C-L, ArCH2-L,C=C-CH2-L,R2CH-L,RCH2-L≈R3CCH2-L, ZCH2-L,ZCH2CH2-L,C=C-L,Ar-L (Z=RCO,HCO,ROCO,NH2CO,NC 等)。
❖ 离去基团离去能力强，反应速度快
❖ 好的离去基团有：
O
OMs： -O-S-CH3 甲基磺酸根
O O
OBs(ONs): -O-S-
-Br (NO2) 对溴（硝基）苯磺酸根
O O
OTs: -O-S-
-CH3 对甲基苯磺酸根
O
❖ 相应的酯：
ROMS；ROBS（ONS）；ROTS
极性质子试剂中常见离去基团的离去 倾向为：
R-溴代乙苯
R-α-苯乙醇
S-α-苯乙醇
Biblioteka Baidu
构型保持49%
构型反转51%
❖ 有重排（H-迁移）发生，也有消去反应发生（E1）
❖ (CH3)2CHCH2Br+I-→(CH3)3CI
影响亲核取代反应速度的因素
❖ 烃基结构的影响
电子效应 空间位阻
SN1反应活性
❖ 对SN1反应第一步生成碳正离子，如碳正离子稳定 （正电荷被分散）反应易进行。
SN1反应活性
H
HC
C
H
+H C
H
+ CH2=CHCH2
烯丙(苄)型卤 (p-π共轭，-C)
CH2 CH Cl
乙烯(芳)卤 (p-π共轭，+C)
:
+
+
CH2
Cl
❖ +I：(CH3)3CX＞(CH3)2CHX＞CH3CH2X＞CH3X
SN1反应活性
❖ 空间效应：位阻大SN1活性大（键角张大） ❖ R1R2R3CX→R1R2R3C+（键角109.5°→120°）
亲核试剂的影响
❖ 亲核试剂：对SN1反应速度影响不明显 ❖ 亲核试剂：对SN2反应速度影响很大（SN2反应：
v=k[RX][OH-]为二级反应） ❖ 影响试剂亲核性的因素：碱性、可极化性、
空间体积、所带电荷的性质、溶剂及底物的 性质
亲核性：
14,000
Water 100,000
More re active
SN1反应的特性：
❖ 反应两步完成 ❖ 动力学特性 一级反应 v=k[RX] ❖ 立体化学：产物为等量的一对对映异构体（外消旋体）
CH3 慢
H C Br -Br
C6H5
CH3
C+
:OH
快
H
C6H5
CH3 C
H
OH + HO
C6H5
CH3 C
Br-H2O
CH3CH2CHCH3 Br
负离子的碱性强弱可通过比较其共轭 酸来了解
❖ 酸性越强的共轭酸其共轭碱碱性越弱 （即为好的L） ❖ 强酸的共轭碱是好的离去基团 （I-＞Br-＞Cl-）
可极化性
❖ 在外电场作用下，电子云易变形的体积较大 的负离子易离去（如I-）
❖ 可极化性小的碱性强离子是差的离去基团 （R3C-，R2N-）。
性及可极化性） ❖ C-L键越弱越易离去，根据L-的碱性评价
❖ L-的碱性越弱形成的负离子越稳定，易被取代
❖ 碱性：F-＞Cl-＞Br-＞I-
❖ 强碱基团：NH2-, NR2-, HO-, RO难作离去基团，如生成弱共轭酸则易离去，
如：羟基
CH3CH2CHCH3 + H+ OH
CH3CH2CHCH3 O- H2
ROH , H2O: , NH3 等） ❖ L：离去基团（Leaving group）：反应时带一对电
子从碳原子上离开（X-）
❖ 中心碳原子：与L相连的碳原子。
SN反应有下列几种
❖ 底物与进攻试剂均为中性分子：（氧亲核试剂形 成C-O键）
❖ 底物为中性分子，进攻试剂为负离子
SN反应有下列几种
❖ 底物为正离子，进攻试剂为中性分子（氮亲核试剂， 形成C-N键）
对SN2反应的影响
❖ 电子效应影响较小
❖ 空间效应影响较大：位阻大，太拥挤不利于
进攻试剂由背面进攻（SN2）
如：新戊基溴的SN2反应
CH
3
3
CCH
2Br
OH
SN 2
不反应
❖ SN2反应活性依次递减的大致顺序： Ar3C-L>Ar2CH-L > ArCH2-L >ZCH2-L > C=CCH2-L > RCH2-L >R2CH-L > R3C-L > ZCH2CH2-L >R3C-CH2-L > C=C-L > Ar-L >
SN2（双分子亲核取代）一步完成
SN2亲核反应的特性：
❖ 反应一步完成 ❖ 动力学特征 二级反应 v=k[RR1R2X][Nu] ❖ 立体化学：产物构型Walden反转
❖ 有消去反应发生（E2）
SN1（单分子亲核取代）两步完成
SN1 反应的历程
SN1（单分子亲核取代）两步完成
SN1（单分子亲核取代）两步完成
❖ ·底物为正离子，进攻试剂为负离子（碳亲核试剂， 形成C-C键）
亲核反应历程
❖ SN2（双分子亲核取代）一步完成
SN2 反应的历程
SN2反应过渡态 反应势能变化图
Free energy
HH
#
HO Br
CH3
Ea
CH3Br + HO-
CH3OH+ Br-
progress of the reaction
L (Z=RCO,HCO,ROCO,NH2CO,NC等）
桥环烃桥头碳上连接离去基团时， 不易发生SN1、SN2反应
❖ 80%的乙醇中溶剂解：
化合物 (CH3)3CBr
Br
Br
相对速度
1
10-3
10-6
Br 10-13
离去基团（L）的影响
❖ 都涉及C-L断裂 ❖ L的离去倾向决定SN反应速度的大小（L-的碱
SN1 反应的影响因素
溶剂
CH3 H3C C Cl + ROH
CH3
CH3 H3C C OR + HCl
CH3
Solvent Ethanol
Relative re activity
1 Le s s re active
40% Water 60% Ethanol
100
80% Water 20% Ethanol
第六章
脂肪族亲核 取代反应
脂肪族亲核取代反应 （Nucleophilic Substitution,SN）
❖ 脂肪族化合物中饱和碳原子上的原子或基团被其 它亲核的原子或基团取代的反应。
: :
::
❖ RL（如卤代烷）：反应底物（反应物） （Substrate）：中性分子或带正电荷的离子
❖ Nu：亲核试剂（Nucleophile）：负离子或具有未共 用电子对的中性分子（如RO-，OH-，CN-，
❖ SN1反应活性（+I，+C） ❖ 反应活性依次递减
Ar3C-L,Ar2CH-L,ROCH2-L≈R2NCH2-L,R3C-L, ArCH2-L,C=C-CH2-L,R2CH-L,RCH2-L≈R3CCH2-L, ZCH2-L,ZCH2CH2-L,C=C-L,Ar-L (Z=RCO,HCO,ROCO,NH2CO,NC 等)。
❖ 离去基团离去能力强，反应速度快
❖ 好的离去基团有：
O
OMs： -O-S-CH3 甲基磺酸根
O O
OBs(ONs): -O-S-
-Br (NO2) 对溴（硝基）苯磺酸根
O O
OTs: -O-S-
-CH3 对甲基苯磺酸根
O
❖ 相应的酯：
ROMS；ROBS（ONS）；ROTS
极性质子试剂中常见离去基团的离去 倾向为：