第六章 脂肪族饱和碳原子亲

亲核取代反应总结1、反应定义：亲核取代反应(Nucleophilic Substitution Reaction)是指有机分子中与碳相连的某原子或基团被作为亲核试剂的某原子或基团取代的反应。

在反应过程中，取代基团提供形成新键的一对电子，而被取代的基团则带着旧键的一对电子离去。

2、反应意义：这类反应是有机化学中非常重要的一类反应，不论在理论研究中还是在有机合成实际中都是极其有用的一类反应。

3、反应分类：亲核取代反应的主要类型为脂肪族饱和碳上的亲核取代反应，即饱和卤代烃与亲核试剂的取代反应，较特殊结构的有苄基卤代物、烯丙基卤代物亲核反应。

其他类型还包括与酰氯、磺酸酯、磺酰卤、卤代苯等的取代反应。

从电荷类型来分，亲核取代反应只能有四种类型：(1)中性底物和负离子亲核试剂反应(2)中性底物和中性亲核试剂反应(3)正离子底物和负离子亲核试剂反(4) 正离子底物和中性亲核试剂反应亲核试剂包括有机和无机两类分子或离子：无机类亲核试剂：OH -、CN -、X -、H 2O 、NH 3等有机类亲核试剂：ROH 、RO -、PhO -、RS -、RMgX 、RCOO -等4、反应机理类型分类：（1）双分子亲核取代反应(S N 2)有两种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应称为双分子亲核取代反应。

反应过程中，亲核试剂从反应物离去基团的背面向与它连接的碳原子进攻，先与碳原子形成比较弱的键，同时离去基团与碳原子的键有一定程度的减弱，两者与碳原子成一条直线，碳原子上另外三个键逐渐由伞形转变成平面，这需要消耗能量，即活化能，当反应进行和达到能量最高状态即过渡态后，亲核试剂与碳原子之间的键开始形成，碳原子与离去基团之间的键断裂，碳原子上三个键由平面向另一边偏转，整个过程犹如大风将雨伞由里向外反转一样，这时就要释放能量，形成产物，S N 2反应机理一般式表示为：Nu -+ R X [Nuδ-···R···X δ- ] NuR + X -例如，溴甲烷与OH -的水解反应：（2）单分子亲核取代反应(S N 1)只有一种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应称为单分子亲核取代反应，反应中，反应物首先解离成碳正离子与带负电荷的离去基团，这个过程需要能量，是控制反应速率的一步，即慢的一部。

此文档系网络下载请勿用于商业邢其毅(1911—2002)，字孟符，汉族。

出生于天津，原籍贵州省贵阳市。

其父邢端，字蛰人，别号冕之，是贵州省清末光绪三十年(1904年)最后一位年轻的翰林，也是著名的书法家，光绪三十一年(1905年)曾留学日本。

邢其毅的青年时代，是处于国内军阀混战，列强侵略，中央政府丧权辱国、民不聊生之际。

在双亲的熏陶、教育下，不仅于文史之学有深厚之功底，并认定从事科学教育工作，特别是扎扎实实地研究基础科学，是救国的必由之路。

（一）基础有机化学教学大纲综合大学化学系使用的有机化学教学大纲第一次是于1980年在长春制订的，当时规定的教学时数为129学时（讲授120学时，机动9学时），第二次于1982年于宜昌召开的部属综合性大学理科化学系课程结构研讨会上讨论确定，总的教学时数减为108学时，并对原大纲内容作了部分调整。

经过多年的实践，我系基础有机化学的教学总时数为90学时，在2004年以前，采用的教材是邢其毅、徐瑞秋、周政、裴伟伟编写的“基础有机化学”（第二版）上、下册，该书是根据1977年教育部在武昌召开的高等学校理科化学教材会议精神编写的，第一版于1980年由高等教育出版社出版（该书曾获国家优秀教材奖）。

第二版于1993年由高等教育出版社出版（该书于1997年获国家教委科技进步二等奖）。

从2005年9月开始，将采用的教材是邢其毅、裴伟伟、徐瑞秋、裴坚、编写的“基础有机化学”（第三版）上、下册，与平行的教材相比，该书的内容十分丰富，具有一定的深度。

地位和作用基础有机化学历来是化学系的四大门基础课之一。

相对于其它三门基础课而言，有机化学发展异常迅速。

新的有机化合物不断涌现。

这些层出不穷的有机化合物不仅带动了有机学科本身的发展，也成了其它化学学科的研究对象，因此，无论从事化学哪一个领域的工作，都必须具备有机化学的基础知识。

而新的有机反应、新的有机研究领域也在不断产生，它们使有机化学的面貌日新月移，气象万千。

有机化学基础知识点整理脂肪族和环状化合物的性质脂肪族和环状化合物是有机化学中两个重要的类别。

它们具有不同的结构和性质，对于理解有机化学的基础知识至关重要。

本文将梳理脂肪族和环状化合物的性质，并给出相应的实例说明。

一、脂肪族化合物的性质脂肪族化合物是由碳氢键连接的碳原子链组成的化合物，是有机化学中最基本的一类化合物。

它们的性质如下：1.1 燃烧性脂肪族化合物是碳氢化合物，其主要反应是燃烧反应。

在充足的氧气条件下，脂肪族化合物能够完全燃烧生成二氧化碳和水。

例如甲烷（CH4）燃烧可表示为：CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O。

1.2 饱和性脂肪族化合物中，碳原子之间通过单键连接，由于氢原子数目充足，所以它们一般是饱和的化合物。

饱和脂肪烃通常是无色、无臭的，常见的有丁烷、正庚烷等。

1.3 单键活性脂肪族化合物中由于存在碳－碳单键，使得它们在外部作用下容易发生化学反应。

例如，脂肪烃可以与卤素发生加成反应，生成卤代烷。

1.4 烷基取代作用脂肪族化合物中的碳原子可以发生烷基取代反应。

当氢原子被其他基团取代时，就会形成烷基取代的化合物。

例如，甲烷经氯代反应生成氯甲烷（CH3Cl）。

二、环状化合物的性质环状化合物是由碳原子形成环状结构的化合物。

它们的性质如下：2.1 不饱和性环状化合物中的碳原子之间存在双键或三键，因此它们通常是不饱和的化合物。

常见的环状化合物有苯、环己烯等。

2.2 相对稳定性由于环状结构上的π电子共轭，环状化合物具有相对稳定性。

这种共轭稳定使得环状化合物更容易发生特定的反应，并且具有独特的性质。

例如，苯环具有高度稳定性，不易发生加成反应，而更容易发生亲电取代反应。

2.3 环张力环状化合物由于碳原子之间的合理角度约束，所以如果环的碳原子数目较多，则会出现较高的环张力，使得该环状化合物相对不稳定。

例如，环状戊烷（五元环）相对于环己烷（六元环）来说，具有较高的环张力，结构不稳定。

2.4 极性和非极性环状化合物可以是极性的或者是非极性的，具体取决于环上取代基团的种类和位置。

加成反应，离子型加成反应，亲电加成反应两个或者多个分子相互作用，生成一个加成产物的反应称为加成反应。

加成反应可以是离子型的，自由基型的和协同性的。

如果是离子型的加成反应的话，离子型加成反应是化学键异裂引起的。

而离子型加成反应又可以分为亲电加成和亲核加成。

通过化学键异裂产生的带正电的原子或者基团进攻不饱和键而引起的加成反应称为亲电加成反应。

那么怎么去描述这个过程呢？一般来说，亲电加成反应可以按照“环正离子中间体机理”，“碳正离子中间体机理”，“离子对中间体机理”和“三中心过渡态机理”四种途径进行。

具体到烯烃的反应。

其中烯烃与氢卤酸加成反应的机理是碳正离子中间体机理。

马氏规则的部分解释首先需要掌握的预备知识——诱导效应（邢其毅基础有机化学中在其第六章脂肪族饱和碳原子上的亲核取代反应中，比较详细的总结了包括诱导效应，共轭效应，超共轭效应和场效应在内的电子效应。

）在有机物分子中, 由于电负性不同的取代基的影响, 使整个分子中的成键电子云向某一方向偏移的效应叫诱导效应. 诱导效应的特征是电子云偏移沿着σ键传递, 并随着碳链的增长而减弱或消失, 一般在和作用中心直接相连的碳原子中表现得最大, 相隔一个原子, 作用力就很小了. 比较各种原子或原子团的诱导效应时，常以氢原子为标准。

负的诱导效应(-I效应)吸引电子能力比氢原子强的(电负性较大)取代基(如-X、- OH、- NO2、- CN等)有吸电子的诱导效应(负诱导效应),用-I 表示，整个分子的电子云偏向取代基。

正的诱导效应(+I效应)吸引电子的能力比氢原子弱的取代基(如烷基)有给电子的诱导效应(正的诱导效应), 用+I表示, 整个分子的电子云偏离取代基。

以诱导效应来解释以丙烯加酸为例叙述如下烷基为推电子基团, 当烷基与双键碳原子连接时, 可使碳碳双键中的π电子云的分布发生变化。

由于甲基的推电子诱导效应（+Ｉ效应）使双键含氢原子较少的碳原子带微正电荷，双键含氢原子较多的碳原子则带微负电荷。

脂肪族指由脂肪组成的脂肪族化合物。

脂肪族化合物是链状烃类(开链烃类)及除芳香族化合物以外的环状烃类及其衍生物的总称。

属于脂肪族的碳环化合物又称脂环族化合物。

如:CH3CH2CH2 CH2 CH2 CH2 CH2CH3称为脂肪烃(链状烃类)。

简介
脂肪族是指结构简单，饱和度不定的直链有机化合物，也包括高分子的有机材料。

分类
脂肪族化合物[1]可分为:
类脂质:包括磷脂、脑磷脂、卵磷脂、固醇、糖脂、脂蛋白等，结构复杂。

大多数类脂是人体组织的构成部分，是一种在人体饥饿时也不会减少的组织脂肪。

脂类是构成人体组织细胞的重要组成成分。

细胞膜含有由磷脂、糖脂和固醇组成的类脂层，脑和外周神经组织都含有磷脂，固醇是体内合成固醇类激素的重要脂质，脂肪组织分布于皮下及心脏周围起着热垫和保护垫的作用，可以防止热量散失，保持体温，又可对机械撞击起缓冲作用，保护心脏和肌肉免受运动损伤，并可防止皮肤干裂、毛发脆断等。

中性脂肪:包括动物性和植物性两大类油脂。

如猪油、牛羊油、鱼肝油、奶油、鸡油、豆油、花生油等。

是在人体饥饿时即会减少储藏量的脂肪。

脂肪是脂溶性维生素的良好溶剂，可防止刺激胆汁分泌，有助于脂溶性维生素的吸收利用。

用于烹调具有可口的香味，可增加食欲，并且脂肪的消化时间较长，使人不易感到饥饿。

脂肪酸:以亚油酸对人体最为重要。

不能在体内合成，必须从食物中摄取，故称为必须脂肪酸。

必须脂肪酸能促进生长发育，增进皮肤微血管的健全，预防其脆性增加，对皮肤有保护作用，有降低血中胆固醇，减少血小板粘附性，调节脂质代谢等生理机能作用。

— 1 —。

（4）亲电取代反应electrophilic substitution reaction亲电试剂进攻分子中带有负电荷或部分负电荷的原子而发生的取代反应，称为亲电取表示（S表示取代，E代表亲电）。

在此反应中，亲电试剂是正离子或Lewis 代反应。

常用SE酸；底物R－L的Ｃ－L键发生异裂，离去基团L多数为质子或带正电荷的金属离子。

根据亲电试剂进攻的底物是脂肪族还是芳香族化合物可分脂肪族亲电取代反应和芳香族亲电取代反应。

根据亲电试剂所进攻的碳原子是饱和的还是不饱和的，又中分为饱和碳原子上的亲电取代反应和不饱和碳原子上的亲电取代反应。

例如：此反应属于脂肪族饱和碳原子上的亲电取代反应。

此反应属于芳香族不饱和碳原子上的亲电取代反应。

（5）单分子亲电取代反应unimolecular electrophilic substitution reaction 在亲电取代反应中，底和R－L的C－L键首先异裂生成R－和L+，这一步是反应速率的控制步骤，然后R－很快与亲电试剂（E+）作用生成新键而结合，反应对底物是一级而对1表示（S代表取代，E代表亲电试剂是零级，这种反应称为单分子亲电取代反应。

常用SE1机理相似，可表示如下：亲电，1代表单分子）。

其反应机理与SN按S1机理进行的反应，最常见的一类化合物是含有а－氢原子的羰基化合物。

它在E强碱作用下，首先失去质子生成碳离子，后者再与亲电试作用得到产物。

例如：由于反应生成的碳负离子中间体的转化比经亲电试剂进攻更快，故当反应中心是手性碳原子时，导致生成外消旋化产物。

但也有些反应产物的构型保持或构型反转--这类反应生成的碳负离子多为非平面构型，且能保持构型不变。

例如，反－2－溴－2－丁烯转变为反－2甲基－2－丁烯酸的反应，由于生成的乙烯型碳负离子不能反转，故主要得到构型保持的产物：反应按SE 1机理进行的另一类常见化合物是有机汞化合物，利用它经SE1可以制备Li，Na，Be，Mg，Al，Ga，Zn，Cd，Te和Sn等烃基化合物。

亲核取代反应总结1、反应定义：亲核取代反应(Nucleophilic Substitution Reaction)是指有机分子中与碳相连的某原子或基团被作为亲核试剂的某原子或基团取代的反应。

在反应过程中，取代基团提供形成新键的一对电子，而被取代的基团则带着旧键的一对电子离去。

2、反应意义：这类反应是有机化学中非常重要的一类反应，不论在理论研究中还是在有机合成实际中都是极其有用的一类反应。

3＞反应分类：亲核取代反应的主要类型为脂肪族饱和碳上的亲核取代反应，即饱和卤代坯与亲核试剂的取代反应，较特殊结构的有节基卤代物、烯丙基卤代物亲核反应。

其他类型还包括与酰氯、磺酸酯、磺酰卤、卤代苯等的取代反应。

从电荷类型来分，亲核取代反应只能有四种类型：(1)中性底物和负离子亲核试剂反应R-I + OH「 -------- — R-OH + r-(2)中性底物和中性亲核试剂反应R-I + N(M C)3R・N 十(M C)3+V(3)正离子底物和负离子亲核试剂反RN(Me )3 + OFT —(4) 正离子底物和中性亲核试剂反应 RN(Me )3 +H 2S 一 亲核试剂包括有机和无机两类分子或离子：无机类亲核试剂：OH-、CN-、X-、出0、NH3等有机类亲核试剂：ROH 、RO 、PhO 、RS-、RMgX 、RCOO 等4、反应机理类型分类：(1) 双分子亲核取代反应(S N 2)有两种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应称为 双分子亲核取代反应。

反应过程中，亲核试剂从反应物离去基团的背 而向与它连接的碳原子进攻，先与碳原子形成比较弱的键，同时离去 基团与碳原子的键有一定程度的减弱，两者与碳原子成一条直线，碳 原子上另外三个键逐渐由伞形转变成平面，这需要消耗能量，即活化 能，当反应进行和达到能量最高状态即过渡态后，亲核试剂与碳原子 之间的键开始形成，碳原子与离去基团之间的键断裂，碳原子上三个 键由平而向另一边偏转，整个过程犹如大风将雨伞由里向外反转一样, 这时就要释放能量，形成产物，S N 2反应机理一般式表示为：Nu ■+ R)C-> [Nu 6 -R -X 6 卄 NuR + X"例如，澳甲烷与OH-的水解反应:R-OH + N(Me)3R-S +H 2 + N(M C )3OH' + C—Br(2)单分子亲核取代反应(S N1)只有一种分子参与了决定反应速率关键步骤的亲核取代反应称为单分子亲核取代反应，反应中，反应物首先解离成碳正离子与带负电荷的离去基团，这个过程需要能量，是控制反应速率的一步，即慢的一部。