取代反应培训[001].ppt

取代反取代反应培培训 根据反应机理不同根据反应机理不同 SN1：单分子亲核取代：单分子亲核取代 亲核取代亲核取代 (Nucleophilic Substitution) SN2：双分子亲核取代：双分子亲核取代取代反应取代反应 傅克反应傅克反应 亲电取代：芳香亲电取代亲电取代：芳香亲电取代 卤代反应卤代反应 (Electrophilic Substitution) 硝化反应硝化反应亲电取代：亲电取代：由缺电子的由缺电子的亲电亲电试剂（试剂（E+）取代其他官能团的化学反应，被取代的基团通常为）取代其他官能团的化学反应，被取代的基团通常为氢氢。

E++H+亲核取代：亲核取代：带有带有正电正电或部分或部分正电荷正电荷的碳原子被带有的碳原子被带有负电负电或部分负电的或部分负电的亲核试剂亲核试剂（（Nu:或或Nu-）进攻而取代进攻而取代Nu：+ R—L R—Nu + L— SN1反应特征反应特征：1.反应分步进行反应分步进行 2.反应过程形成反应过程形成碳正离子碳正离子 3.决速步只涉及决速步只涉及一种分子一种分子 4.反应中心碳原子为反应中心碳原子为手性碳手性碳时，产物时，产物外消旋外消旋化化 5.常发生常发生重排（重排（Rearragement））反应反应决速步决速步生成碳正离子生成碳正离子重排重排+- H++HBr亲核取代亲核取代 碳正离子：碳正离子：中心碳原子带有一个中心碳原子带有一个正电荷正电荷，最外层只有，最外层只有6个电子带正电荷的碳原子是个电子带正电荷的碳原子是sp2杂化状态，杂化状态，三个三个sp2杂化轨道呈一平面，键角杂化轨道呈一平面，键角120o，碳正离子是，碳正离子是平面结构平面结构，垂直平面有一个空的，垂直平面有一个空的p轨轨道。

道亲核取代亲核取代 碳正离子相对稳定性：碳正离子相对稳定性：叔碳正离子叔碳正离子>仲碳正离子仲碳正离子>伯碳正离子伯碳正离子>碳正离子的形成：碳正离子的形成：1.直接离子化：共价键的异裂（可加直接离子化：共价键的异裂（可加Lewis acid 催化）催化）2.带正电的基团与不饱和键加成带正电的基团与不饱和键加成3.重氮正离子脱除氮气形成碳正离子重氮正离子脱除氮气形成碳正离子亲核取代亲核取代 SN2反应特征反应特征：1.决速步涉及决速步涉及两种分子两种分子，动力学二级，动力学二级 2.亲核试剂进攻与离去基团离去亲核试剂进攻与离去基团离去同步同步进行进行 3.中心碳原子为手性碳时，产物中心碳原子为手性碳时，产物构型翻转构型翻转 过渡态过渡态背面进攻背面进攻亲核取代亲核取代 瓦尔登转化瓦尔登转化举例：举例：18023：18022：*18010：亲核取代亲核取代 亲核取代反应影响因素：亲核取代反应影响因素：1.亲核试剂：试剂亲和性越强，越有利于反应——主要对SN2有影响亲核性强弱：亲核性强弱：HS-,RS->CN->I->RNH2>RO->Br->PhO->Cl-（质子溶剂中）（质子溶剂中）2.离去基团：离去能力越强，越有利于反应——对SN1和SN2均有影响常用离去基团离去能力：常用离去基团离去能力：Ns->Tos->Ms->I->Br->Cl->F-3.电子效应：SN1：中心碳原子上的烷基越多，共轭效应越大，碳正离子越稳定，利于反应SN2：反应底物含有吸电子基，使其容易被亲核试剂进攻，利于反应4.空间效应：SN1：形成碳正离子时，各烷基之间相互排斥，减少拥挤，显示为空助效应SN2：中心碳原子的α或β位取代基越多，位阻越大，越不利于反应5.溶剂影响：质子溶剂对SN1反应有利，偶极溶剂对SN2反应有利亲核取代亲核取代 傅克酰基化反应：傅克酰基化反应：(Friedel-Crafts Acylation)亲电取代亲电取代 芳香族底物与酰卤或酸酐在芳香族底物与酰卤或酸酐在Lewis acid或质子酸催化下反应生成酰基化芳香族产物或质子酸催化下反应生成酰基化芳香族产物反应机理：反应机理：第一步：生成酰基正离子第一步：生成酰基正离子第二步：酰基正离子对苯环亲电进攻第二步：酰基正离子对苯环亲电进攻常用的常用的Lewis acid催化剂为催化剂为AlCl3，能与羰基络合，故，能与羰基络合，故AlCl3用量大于用量大于1 eq。

傅克烷基化反应：傅克烷基化反应：(Friedel-Crafts Alkylation)亲电取代亲电取代 芳香族底物与烷基卤、烯烃、炔烃或醇在芳香族底物与烷基卤、烯烃、炔烃或醇在Lewis acid或质子酸催化下反应生成或质子酸催化下反应生成酰基化芳香族产物酰基化芳香族产物反应机理：反应机理：第一步：生成烷基正离子（易发生重排反应，形成稳定的碳正离子中间体）第一步：生成烷基正离子（易发生重排反应，形成稳定的碳正离子中间体）第二步：烷基正离子对苯环亲电进攻再芳构化第二步：烷基正离子对苯环亲电进攻再芳构化亲电取代亲电取代 举例：举例：18105：常用的常用的Lewis acid催化剂活性：催化剂活性：AlCl3>FeCl3>SnCl4>BF3>TiCl4>ZnCl2常用的质子酸催化剂活性：常用的质子酸催化剂活性：HF>HCl>H2SO4>CF3COOH>CF3SO3H芳环连有给电子基团芳环连有给电子基团(EDG)时容易反应时容易反应连有吸电子基团连有吸电子基团(EWG)时不易发生反应时不易发生反应影响傅克反应的因素：影响傅克反应的因素：1.催化剂的活性：催化剂的活性：2.芳环取代基的电子效应芳环取代基的电子效应：：卤代反应：卤代反应：(Halogenation)亲电取代亲电取代 δ+ δ-常用试剂：常用试剂：氯代：氯代：Cl2，，NCS，，SO2Cl2溴代：溴代：Br2，，NBS，，HBr碘代：碘代：ICl，，NIS，，I2亲电取代亲电取代 芳环连有给电子基团（芳环连有给电子基团（EDG)时容易反应时容易反应连有吸电子基团连有吸电子基团(EWG)时不易发生反应时不易发生反应影响卤代因素：影响卤代因素：1.芳环取代基的电子效应：芳环取代基的电子效应：2.芳香族底物的结构：芳香族底物的结构：多多π芳杂环化合物利于亲电卤代（五元杂环如：芳杂环化合物利于亲电卤代（五元杂环如： ））缺缺π芳杂环化合物不利于亲电卤代（六元杂环如：芳杂环化合物不利于亲电卤代（六元杂环如： ））硝化反应：硝化反应：(Nitration)亲电取代亲电取代 反应机理：反应机理：第一步：产生第一步：产生 +NO2第二步：第二步：+NO2亲核进攻亲核进攻第三步：去质子芳构化第三步：去质子芳构化The End谢谢。