高等有机化学课件3反应与机理3.ppt

3-3 脂肪族化合物的取代 反应3-3-1 饱和碳上的亲核取代反应 3-3-2 不饱和碳上的亲核取代反应 3-3-3 亲核取代反应活性（综合比 较） 3-3-4 亲电取代反应13-3-1 饱和碳上的亲核取代反应(一) SN2反应：所谓双分子反应就是 V＝K[R-X][Y]1) 背后进攻机理2) 线型过渡态 2虽然SN2机理是在1937年由Hughs和Ingold 等人正式提出，但早在1893年Walden就发现了 这个取代反应中的构型翻转，所以现在人们又 称Walden翻转其中必有一个反应是发生了构型翻转，但他不知 哪一个，到1923年，Phillips和Kenyan等设计了 一系列的实验证明SN2中的构型翻转：Walden发现:1) 背后进攻机理3两途径中A、C、D是不可能发生构型翻转 的，没有C－O键的断裂，只有B中有 其它的例子还有以下两化合 物不发生SN2反应，因为Nu 无法从背后接近42) 线型过渡态： Eschenmoser等发现通常分子内的反应要容易得多，这里由于 不能采取完全的背面进攻5(二) SN1反应 单分子反应反应速度只与底物有关，即 V＝K[R-X]6在SN1中的第一步溶剂化作用是必不可少 ，因为R－X的离解能是相当多的，如：△E=150 Kcal/ mol, 而在水溶液中，△E＝20Kcal/mol，这就 说明SN1反应需要用极性溶剂，因为极性溶剂 有利于碳正离子的稳定。

71）一级反应：Rate=K[RX]=K[R+][X-]根据反应机理，增加体系中的R+或X浓度都将降 低反应速度2）正碳离子中间体：通常的寿命很短，无法检测到， 但有些长寿命的已经检测到，如：UV光谱可以测得83）正离子的平面性：由于有些分子的正碳离 子不能成为平面，所以这类分子难以进行 SN1反应如： 94）SN1中的离子对：如果SN1中的碳正离子是自由 的，则它是平面的，Nu进攻的机会是等同的，所 以应该是完全的消旋化产物而实际上很多SN1 反应中只有5－20％的构型翻转，这是由于通过 离子对（ion pairs）进行的，反应可以发生在以 下的任何一个阶段:紧密 松散 游离的离子部分构型保留 消旋化(溶液分隔) 部分保留和彻底的消旋化是SN1的特点 注意：实际上很少纯粹的SN1或SN2反应，很多是二者都有10（三）SET机理（Single Electron Transfer）在亲核取代反应中有一类含有自由基或自由基 离子中间体，这类反应是通过SET机理进行的 （自由基离子形成 ） （电子转移） or: 11SET的例证之一 (X=I, NO2等) 12(四) 邻基参与机理（Neighboring-Group）常有这样的情况：a.反应速度比预期的快 b.构型保留第一步为决速步骤，它显然要比Y离子直接进攻要快 。

这是因为Z占据了有利位置，所以又叫邻基协助13threo threo发生邻基参与的多是“O”，“N”，“S”和卤素，其中 的卤素原子的邻基参与的效果: I Br Cl 例：141) 双键作为邻基参与基例： 的醋酸解反应比快1.4×105倍* Brosylate：对溴苯磺酸酯15双键的邻位协助能力取决于它的电荷密度 相对速度R1=R2=H 1.4×1012R1=H , R2=CF3 1.5×106R1=R2=CF3 1例 ：Mos= 162) 苯基作为邻位协助基团苯基可以作为有效 的邻位协助基团 17（五）烯丙基取代（allylic substitution）SN1′这是由于碳正离子的共振：18同样在SN2的条件中，也有两个产物，这是由SN2′引起193-3-2 不饱和碳上的亲核取代 反应 (一) 羰基碳上的取代（四面体机理）Step1: Step2: 四面体机理适用于所有羧酸及其衍生物 的水解和相互转化反应20酸催化的羧酸衍生物反应机理：（亲核加成－消除机理） 21酸之所以可以催化该反应是因为质子化的羰 基要比原来羰基活泼。

羰基亲核取代反应的活性：22（二）烯键上的亲核取代反应：由于双键碳上的正电荷远不如羰基碳， 所以双键上的亲核取代反应很困难如果β －负碳离子上有吸电子取代基稳定，则取代 反应变得容易 23有时四面体的中间体可以分离，如：分离得到 如:243-3-3 亲核取代反应活性（综合比 较） (一) Substrates （底物） (二) 亲核试剂 (三) 离去基团 (四) 反应介质25(一) Substrates （底物）SN2 * 位阻小的反应快，烯丙基反应快R－X Relative Rate R－X Relative RateMe 30 i-Bu 0.03Et 1 Me3CCH2 10-5n-Pr 0.4 Allyl 40i-Pr 0.025 Bn 12026R－X Relative Rate Et 0.26i-Pr 0.69CH2=CHCH2 8.6PhCH2 100Ph2CH 105Ph3C 1010SN1* 能够形成稳定碳正离子的反应快。

271) 带负电 荷的亲核试剂比其中性的共轭酸的亲核 性要强如：2) 在元素周期表同一行中，亲核性基本同碱性相 一致如：3) 在元素周期表的同一列中，负离子的碱性减 弱，但亲核性增加这一顺序会因溶剂的改变而变化二)亲核试剂28在有机合成中最常见的离去基团为卤素OH虽然不是好的离去基团，但它可以在 质子化以后变成OH2而容易离去，而更常 用的办法是将其变成易离去的磺酸酯三)离去基团Tosylate Brosylate Nosylate Mesylate(ROTs) (ROBs) (RONs) (ROMs)29另一常用的更加活泼的磺酸衍生物是三氟甲 磺酸酯，（ROTf） 它比ROTs要快≈4×104倍30(四) 反应介质：稍不利极性溶剂稍不利很有利很不利SN2反应：31SN1反应：很有利不利323-3-4亲电取代反应 ：SE2 (front) SE2 (back)SE2(front)和SE1是构型保留，而SE2（back）则是 构型翻转SE1饱和碳上也可以发生亲电取代反应，它 们是经过碳负离子中间体或过渡态进行的。

33（一）溴化：1) 酸催化：342) 碱催化35(二) 重氮盐偶合机理：36(三) Stork 烯胺反应这在有机合成中非常有用，最大的优点 是能留在一烷基化机理：37（四）Grignard试剂制备（SET机理）又一种机理（SET）38。