第三章_亲核取代反应
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第三章碳正离子
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OAc
OAc
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有旋光
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外消旋 OAc 1
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2) π电子参与
例：对向-7-取代原菠烯形成非经典碳正离子：
TsO 7
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AcO 7
4
3 HOAc
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+
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6 同向2-7-取代原6 菠烯2形成经典6 碳正离2 子：
.
China Pharmaceutical University
b) p-π共轭效应
碳正离子中心碳原子p空轨道与π电子共轭，分散正电荷， 稳定碳正离子。
+ Ph C Ph >
Ph
+
Ph C Ph > H
+ PhCH2
+
CH2
CH
CH2
.
China Pharmaceutical University
7
OTs
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44 3
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2) π电子参与
例：对向-7-取代原菠烯形成非经典碳正离子：
TsO 7
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AcO 7
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3 HOAc
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6 同向2-7-取代原6 菠烯2形成经典6 碳正离2 子：
.
China Pharmaceutical University
b) p-π共轭效应
碳正离子中心碳原子p空轨道与π电子共轭，分散正电荷， 稳定碳正离子。
+ Ph C Ph >
Ph
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Ph C Ph > H
+ PhCH2
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CH
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China Pharmaceutical University
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China Pharmaceutical University
亲核取代反应的历程及影响因素
2. 底物 + 亲核试剂
中性分子 中性分子
RX +
NH3 H2O HOR'
R+NH3X- NH3
RO+H2
RO+R' H
- H+ - H+
RNH2 + NH+4XROH ROR'
3. 底物为正离子：
RN+(CH3)3 + OH+ H2S
ROH + N(CH3)3 R+SH + N(CH3)3
Organic Chem
νC-F νC-Cl νC-Br νC-I
1000-1350 cm -1 (S) 700-750 cm-1 (m) 485-610 cm-1 (m) 485-610 cm-1 (m)
1.24-1.55
R CH2
CH2
CH2
X
1.03-1.08
2.16-4.4
例： H3C CH2 CH2 Cl
54
3
2
1
2-甲基-4-溴戊烷
H3C CH CH CH2 CH3
12
34
5
3-甲基-2-氯戊烷
(取代基离两端等距离，
优先考虑列出的基团 )
Organic Chem
H3C
4
1
CH2Cl
CH2 CH CH2 CH3
3
2
2-乙基-1-氯丁烷
Br
H3C CH CH CH CH3
54
3
2
1
4-溴-2-戊烯
优先使双键的位次最小
也可按所含卤原子数目分为：
一卤代物： R-X 二卤代物： CH2X2 多卤代物： CHX3，CX4 2.命名： 系统命名法
亲核取代
Aliphatic Nucleophilic Substitution
CH2C6H5 C CH3 H OH TsCl
CH2C6H5 C CH3 H O H Cl
O S O Me
A R
R
AcO B
CH 2 C 6 H 5 AcO C H
S
CH 2 C 6 H 5 OH HO C H
S
CH 3
C
CH 3
H Br H OH CH3 CH3 H H
Br H CH3 CH3 Br CH3 CH3 H Br H CH3 Br
H Br
-
CH3
OH
H Br H OH CH3 CH3 H H
Br H CH3 CH3 Br CH3 Br H CH3 Br
-
H CH3 Br H
CH3
OH
内消旋体
第
六
章
饱和碳原子上的亲核取代反应
NMe 3 NMe 3
R
R
第
六
章
饱和碳原子上的亲核取代反应
Aliphatic Nucleophilic Substitution
如：
第
六
章
饱和碳原子上的亲核取代反应
Aliphatic Nucleophilic Substitution
二. 反应机理与反应中的立体化学 1 SN1与SN2机理 (1)．单分子亲核取代（SN1）
CH 2 ph CH 3 a=( + OAc B a=( CH
33
o
OH )
TsCl A CH 2 ph
CH 2 ph CH 3 CH OTs a=( + 31.1o ) OH C CH 3 a=( CH 2 ph CH
CH2C6H5 C CH3 H OH TsCl
CH2C6H5 C CH3 H O H Cl
O S O Me
A R
R
AcO B
CH 2 C 6 H 5 AcO C H
S
CH 2 C 6 H 5 OH HO C H
S
CH 3
C
CH 3
H Br H OH CH3 CH3 H H
Br H CH3 CH3 Br CH3 CH3 H Br H CH3 Br
H Br
-
CH3
OH
H Br H OH CH3 CH3 H H
Br H CH3 CH3 Br CH3 Br H CH3 Br
-
H CH3 Br H
CH3
OH
内消旋体
第
六
章
饱和碳原子上的亲核取代反应
NMe 3 NMe 3
R
R
第
六
章
饱和碳原子上的亲核取代反应
Aliphatic Nucleophilic Substitution
如：
第
六
章
饱和碳原子上的亲核取代反应
Aliphatic Nucleophilic Substitution
二. 反应机理与反应中的立体化学 1 SN1与SN2机理 (1)．单分子亲核取代（SN1）
CH 2 ph CH 3 a=( + OAc B a=( CH
33
o
OH )
TsCl A CH 2 ph
CH 2 ph CH 3 CH OTs a=( + 31.1o ) OH C CH 3 a=( CH 2 ph CH
亲核取代反应讲解
亲核取代反应讲解
亲核取代反应是有机化学常见的一种反应。
在这种反应中，一个亲核试剂汇合一个有机反应物，并且代替了原有的基团。
在这个反应中，亲核试剂成为了新的基团。
这种反应是在有机化学中广泛运用的，非常有用。
它可以用于构建长链分子，连接分子，以及进行化学变换，制造新化合物。
现在，让我们跟着下面的步骤学习一下如何进行亲核取代反应。
1. 首先，你需要准备好亲核试剂。
亲核试剂可以是任何一种有活性的物质，其分子中含有一个亲核中心，例如氨基、羟基、硫代锰酸根、氰根、卤素根等。
在这个过程中，亲核试剂将代替原有的基团。
2. 准备好需要反应的有机化合物。
选定有机化合物，将其与亲核试剂混合，具体反应条件需要根据不同化合物的特性进行调整。
3. 进行反应。
在进行反应时，通常需要一定的触发条件。
例如，需要加热、催化、加压等。
这些条件可以影响反应速率和产率。
4. 产物的分离与纯化。
完成反应后，需要对产物进行分离和纯化。
这可以通过各种方法进行，例如渗透色谱、薄层色谱、皮尔斯等方法。
通过以上步骤，亲核取代反应就完成了。
这个反应可以进行多次，生成不同的产物，依据不同的具体反应条件，可以得到不同的产物类型。
总之，亲核取代反应是有机化学中非常常见的一种反应。
通过学会这个反应，可以制造许多新型材料和化合物。
即使在化学实验室或制造工厂等工作中，软硬件机器人也可以准确地掌握这个技术，帮助实验者进行研究和开发不同的产物。
高等有机化学 第三章 亲核取代反应(2010)
31
R
CH3CH2 CH2=CHCH2
C6H5CH2
相对速度： 1
40
120
⑤ -C是桥头碳，分子的立体结构使亲核试
剂没有从背面进攻的可能，所以这样的化
合物不能按SN2反应历程进行反应。
L
32
（2）离去基团(L)的性质
一般来说，离去基团越容易离去，
SN2越快。反应时，L是带着原来与
相对速度: 1
410-1
310-2
110-5
其中，新戊基与异丁基相比，SN2的速度
大大下降，这也是位阻的结果。
28
② -C是不饱和碳，SN2很难发生。如乙烯基
卤化物和芳基卤化物都很难水解。
.. C=CH X
p- 共轭效应，X 很难离去
CH2=CH X
X
很难水解！
29
③ 若-C上连有C=O、CN等吸电子基团，
RX + Y:
例如
RY + X:
-
NaI CH3CHCH2CN acetone CH3CHCH2CN
Br
I
11
LiBr CH2OTs acetone
CH2Br
CH3CH(CH2)5CH3 + PhS - ethanol CH3CH(CH2)5CH3 SPh OTs
12
（3）正离子底物 + 中性亲核体
的条件。这种条件变化使负离子稳定性产
生差异，对于不同的卤素，影响程度是不
同的。卤原子愈小，影响程度愈大。所以 RCl、RBr 和RI在DMF中的相对活性差距， 与醇水溶液中的差距相比就大了。
38
（3）亲核试剂性质的影响
亲核试剂的亲核性愈强，浓度愈高，反
亲核取代反应
当中心碳原子与苯基或乙烯基直接相连时， 生成的C+稳定，------共轭
SN1反应速率增大, 反应活性增大。
当中心碳原子与杂原子直接相连时(R-ZCH2-L)，SN1反 应速率明显增大：
SN 1反应速率
C2H5OCH2Cl 109
C-C-C-C-Cl 1.0
C2H5O-CH2CH2Cl 0.2
正碳离子因共轭效应而被稳定。
1、对于 SN1 反应：
影响反应速率的重要因素： 反应物解离的难易程度 生成的C+的稳定性
①电子效应
C+ 的稳定性 C+越稳定，对SN1 越有利。
所有使C+稳定的因素，都能使 SN1 的反应速率增大： 电子效应 ------主要的
3°C+ ＞ 2°C+ ＞ 1°C+ ＞ CH3+
σ ,p - 超共轭效应
α 碳上有分支
丙酮 R-Br + KI
反应物 CH3Br 相对速度 150
CH3CH2Br 1
R-I + HBr ( SN2 反应 )
（CH3）2CHBr （CH3）3-CBr
0.01
0.001
HH I C Br
H
H CH3 I C Br
H
CH3 CH3 I C Br
H
CH3 CH3 I C Br
H CH3OH + Br
反应进程 SN2 反应进程中的能量变化
按 SN 2 机理进行的底物特征： 不被共轭体系稳定的仲卤代烷及其衍生物，伯卤代烷。
R' CH R X
SN1反应与SN2反应的区别
SN1 单分子反应 V = K [ R-X ] 两步反应
第三节 亲核取代反应历程
离子的碱性： X 离子的碱性：I - < Br- < Cl离子离去倾向： X 离子离去倾向：I - >Br- > Cl卤代烷反应活性顺序是：
R I > R Br > R Cl
（三）亲核试剂的影响
SN 2反应 反应 SN 1反应 反应
亲核试剂的亲核能力 ， 亲核试剂的亲核能力↑， 亲核能力 浓度↑，反应υ↑。 浓度 ，反应 。
1.双分子亲核取代反应(S 2)历程 历程： 1.双分子亲核取代反应(SN2)历程 双分子亲核取代反应
HO + CH3 Br
CH3OH + Br
动力学特征: 动力学特征 υ = k [ CH3Br ] [ OH－ ]，二级反应 ，
OH－
CH3Br
空间位阻最小 静电斥力最小
H
H
Br
H HO C H H
（四）溶剂极性
1) SN 2反应 反应
Nu R L
-
2) SN 1反应 反应
C L]
δ Nu R L
[Nu
δ
R L
[R
δ
L]
δ 慢
R+ LNu
溶剂的极性变化所起的作用很小
O H Nu R O H R
H O
R
溶剂极性的提高， 溶剂极性的提高，利于碳正离子 及卤负离稳定 使反应速率加快。 稳定， 及卤负离稳定，使反应速率加快。
溶剂极性 的影响
的极性对反应不利。 的极性对反应不利。
小结：影响亲核取代机理的因素 小结：
R X C H 3X ， 1o 强亲核性， 高浓度 非质子性， 小极性
：
对SN2有利 的因素
Nu 溶剂
： ：
亲核取代反应
10% NaOH 350-400℃,20-30MPa
ONa
+ NaCl + H2O
Cl + 2NaOH NO 2 Cl NO 2 + 2NaOH NO 2
10% NaOH 160℃,0.6MPa
NO 2 ONa
+ NaCl + H2O
10% NaOH 100℃,常压
NO 2
NO 2 + NaCl + H2O
双分子历程（SN2）
Nu : + R－X
亲核试剂
[Nu··R··X] ·· ·· ·· ··
过渡态
Nu－R + X
-
离去基团
H OH-: + H C X H
慢
H H δHO C X
δ-
H
HO C H + X: H
H
单分子历程（SN1）
第一步 R－X
慢
+ R +X
快
第二步
+ R + Nu :
R－Nu
2.3 亲核取代反应
反应通式： R-H ＋ ZR-H ＋ Z-Y R-Z ＋ HR-Z ＋ H-Y
脂肪族化合物的亲核取代 芳香族化合物的亲核置换
芳环上氢的亲核取代
2.3.1 脂肪族化合物的亲核取代反应
反应历程：双分子历程 单分子历程
反应的影响因素：作用物结构
被取代离去基团 亲核试剂 溶剂
2.3.1.1 反应历程
2.3.3.1 反应历程
双分子历程
X + Y
X
Y
Y
慢
. - . .. . . .
有机化学反应方程式总结亲核取代反应
有机化学反应方程式总结亲核取代反应亲核取代反应是有机化学中常见的一类反应。
在亲核取代反应中，亲核试剂（通常是带负电荷的离子或具有亲核性质的分子）与电子不足的溶液中的有机化合物发生反应，取代原有的官能团或取代子基。
这些反应在有机合成中具有重要的应用价值，因此对亲核取代反应的了解至关重要。
以下是几种常见的亲核取代反应及其对应的反应方程式：1. 醇的亲核取代反应醇的亲核取代反应常见的有醇的取代和醚的形成反应。
例如，溴代烷与醇发生取代反应，生成溴代醚和水。
反应方程式如下：R-OH + HBr → R-Br + H2O2. 烯烃的亲核取代反应烯烃是一类具有高度不饱和度的有机分子，容易与亲核试剂发生亲核取代反应。
例如，乙烯与溴化氢反应，发生加成反应生成溴代乙烷：CH2=CH2 + HBr → CH3CH2Br3. 酸的亲核取代反应酸的亲核取代反应是指酸与亲核试剂反应，生成酸的盐类或酯。
例如，乙酸与氨反应生成乙酰胺：CH3COOH + NH3 → CH3CONH24. 酯的亲核取代反应酯的亲核取代反应通常涉及酯键的断裂和取代。
例如，酯与碱反应生成相应的酸盐：R-COOR' + NaOH → R-COONa + R'OH5. 酰卤的亲核取代反应酰卤是一类常见的有机化合物，容易与亲核试剂发生取代反应。
例如，酰氯与水反应生成相应的酸：R-COCl + H2O → R-COOH + HCl6. 醛和酮的亲核取代反应醛和酮是有机化合物中常见的官能团，容易与亲核试剂发生取代反应。
例如，醛和酮与氨反应生成相应的胺：R1-CO-R2 + NH3 → R1-CO-NH2 + R2H上述只是亲核取代反应的一些常见例子，实际上亲核取代反应有很多不同的类型，具体的反应机理和生成物取决于反应条件和反应物的性质。
总结：亲核取代反应是有机化学中常见的反应类型，通过与亲核试剂的反应，有机化合物发生取代反应。
醇的取代反应、烯烃的加成反应、酸的盐类或酯的生成、酯键的断裂和取代、酰卤的取代反应、以及醛和酮的胺的生成等都是亲核取代反应的例子。
第3章-亲核取代反应练习题
第3章 亲核取代反应练习题
1、（6101）写出下列反应产物，有立体化学也应注明。
2、（6103）写出下列反应产物，有立体化学也应注明。
3、将化合物I 、II 、III 在乙酸中的溶剂解速率由小到大排序，并解释原因？
4、比较下面两个化合物在乙酸中的溶剂解速率的大小，并解释原因？
5、下面两个化合物在乙酸中的发生溶剂解反应，化合物I 得到完全消旋化的产物，而化合物II 的反应产物仍然有部分旋光，为什么？
6、比较下面三个化合物在乙酸中的溶剂解速率的大小，并解释原因？
7、下面四个化合物发生亲核取代反应的速率不同，请给出合理解释？
ClCH 2CH 2CH 2CH 2NH 2KOH 2HO CH 2CH 2Cl Ca(OH)2CH 2
CH 2Cl O -k 乙酸解113.2
H 3
H 3
148k 相对Me 3CBr
110-310-710-13
8、下列反应在不同溶剂中的反应速率不同，请给出合理解释？
9、下列反应在不同溶剂中的反应速率不同，请给出合理解释？
10、简述休斯－英戈尔德（Hughes-Ingole）规则的基本内容。
11、如何高效地获得纯净伯胺（RNH2）？请举例说明。
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+
+
R Nu + L
CH3N(CH3)3 + (CH3)2S
+
+
4.带正电荷底物与带负电荷的亲核试剂
+ NuRL
+
R Nu +L
CH3Cl +H2O
+ ClCH3OH2
+
§4-2 亲核取代反应的机理
基本内容 一级反应和二级反应 构型保持和构型翻转 反应机理：SN2，SN1，离子对 溶剂解反应
其结果为： k2 =2 k2。由此证实在SN2反应 中，只有亲核试剂从离去基团的背面进攻碳 原子，才能引起具有手性的碳原子的构型发 生改变。一个反应的反应物构型与生成物的构 型完全相反，这个过程称为“构型翻转” —— Walden转化。 C6H13 128IC I + H CH3 (S)-2-碘辛烷
重排产物
-H
+
消除产物 (3)
(2)特点 Wagner-Meerwein重排为同面、迁 移基团构型保持的[1,2]-迁移。例如：
CH3 CH3 CH3 CH3 N N CH3 CH3 * * C2H5CH C CH2NH2 HNO2C2H5CH C CH2
N2
CH3 CH3 C CH2 *CHC2H5 CH3
§4-4 邻基参与效应
一、邻基参与效应 邻基参与效应（neighboring assistance）指 在分子中的亲核取代基参与了同一分子中另一 部位上的取代反应，使反应的动力学和立体化 学受到强烈的影响。 二、邻基参与效应的条件 取代基在分子中位于适当的位置，能够与 反应中心部分地或完全地成键形成过渡态或中 间体。
中心原子相同：碱性↑→亲核性↑
RO- > HO- > PhO- > RCOO- > ROH > H2O
空间效应：体积↓→亲核性↑
CH3O-＞CH3CH2O-＞(CH3)2CHO-＞(CH3)3CO-
三、离去基团 离去基团的离去能力↑→有利于SN1和SN2 反应，且离去能力在这两类反应中顺序相同， 但对SN1反应的影响比SN2反应更明显。 键能↓→离去倾向↑； 离去基团碱性↓→形成的负离子稳定性↑→ 离去倾向↑。例如：
C+ R3 中间体
R2 R3
C
Nu
过渡态2-1
Nu C R1 R2 R3
R1 R2 R3 C Nu
Nu C
过渡态2-2
R1 R2 R3
产物
SN1 的特点 之一 动力学； 之二 中间体结构 之三 产物构型
碳正离子稳定性↑ 离去基团离去倾向↑ 亲核试剂亲核能力↓ 亲核试剂浓度↓ 溶剂极性↑
外消旋产物↑； 反之，构型翻转产物↑
碱性
代表与质子的结合能力或提供电子对的能力 代表热力学平衡状况 很少受空间因素影响
亲核性
代表试剂在形成过渡态时对碳原子的亲合能力， 包括：给电子能力和可极化性 代表动力学过渡态状况 易受空间因素影响
(2)影响试剂亲核性的主要因素 ①试剂进攻原子的电负性 进攻原子的电负性↑→与其电子结合程度↑ → 给 电子能力↓ →亲核活性↓ ②试剂进攻原子的可极化度 进攻原子的可极化度↑→亲核活性↑ ③试剂与碳原子2p轨道结合的键强度 键强度↑→过渡态稳定性↑→反应活性↑ ④Lewis碱的溶剂化能量 溶剂化能量↑→ 基态能量↓→ v↓ ⑤试剂有效体积的大小 有效体积↑→亲核活性↓
三、邻基参与效应的特点 (1)反应速率明显加快 邻基参与的反应中 由于取代基处于有利位置使反应熵变很小，从 而明显降低活化能。但只有发生在反应决速步 骤的邻基参与作用，才能使反应加速，此现象 称为邻基促进或邻基协助，否则只有邻基参与 而无邻基促进。例1，-氯代二乙基硫醚的溶剂 解反应比相应的氧醚快104倍以上。
内容提要
§4-1 亲核取代反应的类型 §4-2 亲核取代反应的机理 §4-3 亲核取代反应的影响因素 一、底物的结构 二、亲核试剂 三、离去基团 四、溶剂 §4-4 邻基参与效应 §4-5 亲核取代反应实例
第四章 亲核取代反应
(Nucleophilic Substitution Reaction) §4-1 亲核取代反应的类型
C6H13
128
H CH3 (R)-2-碘(128I)辛烷
I
C
四、单分子亲核取代反应 SN1
R1 R2 R3
-Br R1 R2 R3 C Br
R2 R1
R1 C Br + :Nu R2 R3
R3 :Nu
R1 R2 C Br
C
Nu + Br-
(+) -
慢
反应物
R3
过渡态1
R2 R1
R1
Nu快
-Br-
基团 键能(C－X) 1-苯基-1-卤乙烷溶剂解相对速率
F Cl Br I
485.3 339.0 284.5 217.0
910-6 1.0 14 91
碱性：F- > Cl- > Br - > I离去倾向：I->Br->Cl->F-
水溶液中进行亲核取代反应时，离去基团 的离去能力顺序：
N2 >>RSO3- > ROSO3- > I- >Br-> H2O>Me2S>Cl最好的 好的
* (CH3)2CCH2CHC2H5 CH3
OH * H2O (CH ) CCH CHC H 3 2 2 2 5 + H CH3
98%构型保持
六、溶剂解反应 溶剂作为试剂与底物发生反应——溶剂解反应。
(CH3)3C－Br + C2H5OH (CH3)3C－OC2H5 + HBr
(CH3)3CBr
+ -
2.试剂亲核性的判断 (1)在偶极溶剂中亲核性的变化规律
2.5 3.1 3.5 4.1
H3C-
H2N-
HO-
FClBr I2.8
2.7
可极化性减弱
碱 性 逐 渐 减 弱
2.2
亲 核 性 逐 渐 减 弱
溶剂对可极化性很高、但碱性弱的试 剂的亲核性影响不大（例如I-）。
(2)在质子溶剂中亲核性的变化规律
1.中性底物与带孤电子对的中性亲核试剂
R L + Nu
Bu3P + CH3CH2I
R Nu + L+
Bu3P CH2CH3 + I-
+
2.中性底物与带负电荷亲核试剂
R L + Nu
-
+ LR Nu
PhCH2Cl + CN
+ ClPhCH2CN
3.带正电荷底物与带孤电子对的亲核试剂
R L + Nu
CH3S(CH3)2 + (CH3)3N
> CF3CO2- > H2PO4- > NO3- > F- > RCO2中等的
> CN- > NH3 > PhO- > R3N,RNH2 > RS次等的
> HO- > CH3O- >>NH2- > CH3差的 最差的
磺酸酯具有高度的反应活性，在亲核取代反 应中是极为有用的反应物，。最常用的有对甲苯 磺酸酯（ROTs），对溴苯磺酸酯（ROBs），对 硝基苯磺酸酯（RONs）和甲磺酸酯(ROMs)。其 磺酸根氧原子上的负电荷能通过硫离域到整个酸 根上，因而是比卤离子更好的离去基团。 醇羟基是较差的离去基团，亲核取代反应 较为困难，在有机合成上常采用以下方法： 方法一 Lewis酸催化，促使OH－离去。
[ (CH3)3 C
Br]
+
(CH3)3C+ + BrOC2H5 H
+
(CH3)3C+ + C2H5OH
[ (CH3)3 C
]
(CH3)3C OC2H5 H
+
(CH3)3C OC2H5 H
+
[ (CH3)3 C
] OC2H5
+
H (CH3)3 C OC2H5
H+
溶剂解反应的特点 溶剂解反应速度慢，主要 用于研究反应机理；在低亲核性溶剂中碳正离 子发生重排的趋势增加，光学活性作用物外消 旋化程度增加.
一、一级反应和二级反应 反应速率只取决于一种反应物浓度的反应， 在动力学上称为一级反应。v=k[A] 反应速率取决于两种反应物浓度的反应， 在动力学上称为二级反应。 v=k[A][B] 二、构型保持和构型翻转
n-C6H13 H CH3 C Br
HO-
HO
C
n-C6H13 (S)-2-辛醇 H [] =+9.9o
R-OH
ZnCl 2
+
-
R-O H
ZnCl2
R+ + HO-ZnCl + Cl-
R OH
方法二 R OH
H+
R OH2
H2O
R
R'SO2Cl
RO SO2R'
得到的磺酸酯可以保持醇R—原有的结构完 整和立体化学特征，同时可以醇为原料，利用 离去能力强的磺酸根制备其它化合物。 四、溶剂 溶剂效应主要是通过影响过渡态的稳定性 从而影响反应活化能，最终影响反应速率。
+ -
SN1
RX—[R··· ] ··X ··
R+ + X-
SN2
Nu- + RX —[Nu ·· R··X] ·· ·· ·· ·· NuR + X-
-
-
质子溶剂对SN1反应有利，对SN2的影响要作具 体分析 ； 偶极溶剂对SN2反应有利(相对于SN1、质子溶 剂而言)，可能使SN1 机理→SN2机理； 极性溶剂对SN1反应有利，对SN2反应多数情况 不利 (因为SN1反应过渡态极性增大，SN2反应过 渡态极性减小) ，可能使SN2机理→SN1机理； 非极性溶剂对SN1、 SN2反应都不利(RX不溶于 非极性溶剂）。
+
R Nu + L
CH3N(CH3)3 + (CH3)2S
+
+
4.带正电荷底物与带负电荷的亲核试剂
+ NuRL
+
R Nu +L
CH3Cl +H2O
+ ClCH3OH2
+
§4-2 亲核取代反应的机理
基本内容 一级反应和二级反应 构型保持和构型翻转 反应机理：SN2，SN1，离子对 溶剂解反应
其结果为： k2 =2 k2。由此证实在SN2反应 中，只有亲核试剂从离去基团的背面进攻碳 原子，才能引起具有手性的碳原子的构型发 生改变。一个反应的反应物构型与生成物的构 型完全相反，这个过程称为“构型翻转” —— Walden转化。 C6H13 128IC I + H CH3 (S)-2-碘辛烷
重排产物
-H
+
消除产物 (3)
(2)特点 Wagner-Meerwein重排为同面、迁 移基团构型保持的[1,2]-迁移。例如：
CH3 CH3 CH3 CH3 N N CH3 CH3 * * C2H5CH C CH2NH2 HNO2C2H5CH C CH2
N2
CH3 CH3 C CH2 *CHC2H5 CH3
§4-4 邻基参与效应
一、邻基参与效应 邻基参与效应（neighboring assistance）指 在分子中的亲核取代基参与了同一分子中另一 部位上的取代反应，使反应的动力学和立体化 学受到强烈的影响。 二、邻基参与效应的条件 取代基在分子中位于适当的位置，能够与 反应中心部分地或完全地成键形成过渡态或中 间体。
中心原子相同：碱性↑→亲核性↑
RO- > HO- > PhO- > RCOO- > ROH > H2O
空间效应：体积↓→亲核性↑
CH3O-＞CH3CH2O-＞(CH3)2CHO-＞(CH3)3CO-
三、离去基团 离去基团的离去能力↑→有利于SN1和SN2 反应，且离去能力在这两类反应中顺序相同， 但对SN1反应的影响比SN2反应更明显。 键能↓→离去倾向↑； 离去基团碱性↓→形成的负离子稳定性↑→ 离去倾向↑。例如：
C+ R3 中间体
R2 R3
C
Nu
过渡态2-1
Nu C R1 R2 R3
R1 R2 R3 C Nu
Nu C
过渡态2-2
R1 R2 R3
产物
SN1 的特点 之一 动力学； 之二 中间体结构 之三 产物构型
碳正离子稳定性↑ 离去基团离去倾向↑ 亲核试剂亲核能力↓ 亲核试剂浓度↓ 溶剂极性↑
外消旋产物↑； 反之，构型翻转产物↑
碱性
代表与质子的结合能力或提供电子对的能力 代表热力学平衡状况 很少受空间因素影响
亲核性
代表试剂在形成过渡态时对碳原子的亲合能力， 包括：给电子能力和可极化性 代表动力学过渡态状况 易受空间因素影响
(2)影响试剂亲核性的主要因素 ①试剂进攻原子的电负性 进攻原子的电负性↑→与其电子结合程度↑ → 给 电子能力↓ →亲核活性↓ ②试剂进攻原子的可极化度 进攻原子的可极化度↑→亲核活性↑ ③试剂与碳原子2p轨道结合的键强度 键强度↑→过渡态稳定性↑→反应活性↑ ④Lewis碱的溶剂化能量 溶剂化能量↑→ 基态能量↓→ v↓ ⑤试剂有效体积的大小 有效体积↑→亲核活性↓
三、邻基参与效应的特点 (1)反应速率明显加快 邻基参与的反应中 由于取代基处于有利位置使反应熵变很小，从 而明显降低活化能。但只有发生在反应决速步 骤的邻基参与作用，才能使反应加速，此现象 称为邻基促进或邻基协助，否则只有邻基参与 而无邻基促进。例1，-氯代二乙基硫醚的溶剂 解反应比相应的氧醚快104倍以上。
内容提要
§4-1 亲核取代反应的类型 §4-2 亲核取代反应的机理 §4-3 亲核取代反应的影响因素 一、底物的结构 二、亲核试剂 三、离去基团 四、溶剂 §4-4 邻基参与效应 §4-5 亲核取代反应实例
第四章 亲核取代反应
(Nucleophilic Substitution Reaction) §4-1 亲核取代反应的类型
C6H13
128
H CH3 (R)-2-碘(128I)辛烷
I
C
四、单分子亲核取代反应 SN1
R1 R2 R3
-Br R1 R2 R3 C Br
R2 R1
R1 C Br + :Nu R2 R3
R3 :Nu
R1 R2 C Br
C
Nu + Br-
(+) -
慢
反应物
R3
过渡态1
R2 R1
R1
Nu快
-Br-
基团 键能(C－X) 1-苯基-1-卤乙烷溶剂解相对速率
F Cl Br I
485.3 339.0 284.5 217.0
910-6 1.0 14 91
碱性：F- > Cl- > Br - > I离去倾向：I->Br->Cl->F-
水溶液中进行亲核取代反应时，离去基团 的离去能力顺序：
N2 >>RSO3- > ROSO3- > I- >Br-> H2O>Me2S>Cl最好的 好的
* (CH3)2CCH2CHC2H5 CH3
OH * H2O (CH ) CCH CHC H 3 2 2 2 5 + H CH3
98%构型保持
六、溶剂解反应 溶剂作为试剂与底物发生反应——溶剂解反应。
(CH3)3C－Br + C2H5OH (CH3)3C－OC2H5 + HBr
(CH3)3CBr
+ -
2.试剂亲核性的判断 (1)在偶极溶剂中亲核性的变化规律
2.5 3.1 3.5 4.1
H3C-
H2N-
HO-
FClBr I2.8
2.7
可极化性减弱
碱 性 逐 渐 减 弱
2.2
亲 核 性 逐 渐 减 弱
溶剂对可极化性很高、但碱性弱的试 剂的亲核性影响不大（例如I-）。
(2)在质子溶剂中亲核性的变化规律
1.中性底物与带孤电子对的中性亲核试剂
R L + Nu
Bu3P + CH3CH2I
R Nu + L+
Bu3P CH2CH3 + I-
+
2.中性底物与带负电荷亲核试剂
R L + Nu
-
+ LR Nu
PhCH2Cl + CN
+ ClPhCH2CN
3.带正电荷底物与带孤电子对的亲核试剂
R L + Nu
CH3S(CH3)2 + (CH3)3N
> CF3CO2- > H2PO4- > NO3- > F- > RCO2中等的
> CN- > NH3 > PhO- > R3N,RNH2 > RS次等的
> HO- > CH3O- >>NH2- > CH3差的 最差的
磺酸酯具有高度的反应活性，在亲核取代反 应中是极为有用的反应物，。最常用的有对甲苯 磺酸酯（ROTs），对溴苯磺酸酯（ROBs），对 硝基苯磺酸酯（RONs）和甲磺酸酯(ROMs)。其 磺酸根氧原子上的负电荷能通过硫离域到整个酸 根上，因而是比卤离子更好的离去基团。 醇羟基是较差的离去基团，亲核取代反应 较为困难，在有机合成上常采用以下方法： 方法一 Lewis酸催化，促使OH－离去。
[ (CH3)3 C
Br]
+
(CH3)3C+ + BrOC2H5 H
+
(CH3)3C+ + C2H5OH
[ (CH3)3 C
]
(CH3)3C OC2H5 H
+
(CH3)3C OC2H5 H
+
[ (CH3)3 C
] OC2H5
+
H (CH3)3 C OC2H5
H+
溶剂解反应的特点 溶剂解反应速度慢，主要 用于研究反应机理；在低亲核性溶剂中碳正离 子发生重排的趋势增加，光学活性作用物外消 旋化程度增加.
一、一级反应和二级反应 反应速率只取决于一种反应物浓度的反应， 在动力学上称为一级反应。v=k[A] 反应速率取决于两种反应物浓度的反应， 在动力学上称为二级反应。 v=k[A][B] 二、构型保持和构型翻转
n-C6H13 H CH3 C Br
HO-
HO
C
n-C6H13 (S)-2-辛醇 H [] =+9.9o
R-OH
ZnCl 2
+
-
R-O H
ZnCl2
R+ + HO-ZnCl + Cl-
R OH
方法二 R OH
H+
R OH2
H2O
R
R'SO2Cl
RO SO2R'
得到的磺酸酯可以保持醇R—原有的结构完 整和立体化学特征，同时可以醇为原料，利用 离去能力强的磺酸根制备其它化合物。 四、溶剂 溶剂效应主要是通过影响过渡态的稳定性 从而影响反应活化能，最终影响反应速率。
+ -
SN1
RX—[R··· ] ··X ··
R+ + X-
SN2
Nu- + RX —[Nu ·· R··X] ·· ·· ·· ·· NuR + X-
-
-
质子溶剂对SN1反应有利，对SN2的影响要作具 体分析 ； 偶极溶剂对SN2反应有利(相对于SN1、质子溶 剂而言)，可能使SN1 机理→SN2机理； 极性溶剂对SN1反应有利，对SN2反应多数情况 不利 (因为SN1反应过渡态极性增大，SN2反应过 渡态极性减小) ，可能使SN2机理→SN1机理； 非极性溶剂对SN1、 SN2反应都不利(RX不溶于 非极性溶剂）。