高等有机化学亲核取代省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章第五章 取取代代反反应应第1页、脂肪族亲核取代反应脂肪族亲核取代反应连接在饱和碳原子上一个原子或基团被另外一个带负连接在饱和碳原子上一个原子或基团被另外一个带负电或带有孤对电子中性原子或基团取代过程电或带有孤对电子中性原子或基团取代过程。第2页亲核取代反应四种类型：1.2.RRII -OH -OH第3页3.4.第4页溶剂（分）解反应溶剂（分）解反应:当亲核试剂当亲核试剂（Nu:）是溶剂时，所发生亲核取代）是溶剂时，所发生亲核取代反应。反应。溶剂解反应溶剂解反应 属于类型属于类型 1 反应反应第5页RCH2A +Nu：RCH2Nu +A：中心碳原子中心碳原子底物底物（进入基团）（进入基团）亲核试剂亲核试剂产物产物离去基团离去基团受进攻受进攻对象对象一般是负离子或带孤电子对中性分子亲核试剂亲核试剂(Nu)：带负电荷离子或带未共用电子正确中性分子。带负电荷离子或带未共用电子正确中性分子。底物：底物：反应中接收试剂进攻物质。反应中接收试剂进攻物质。离去基团：离去基团：带着一对电子离去分子或负离子。带着一对电子离去分子或负离子。第6页1 亲核取代反应机理亲核取代反应机理一、一、SN1 机理机理反应分两步进行反应分两步进行第一步第一步 正碳离子生成：正碳离子生成：是决定反应速率一步。是决定反应速率一步。第二步第二步 亲核试剂进攻正碳离子：亲核试剂进攻正碳离子：第7页第一步：第一步：反应第一步是卤代烃电离生成活性中间体碳正离子，碳正离子，再与碱进行第二步反应生成产物。故SN1反应中有活性中间体碳正离子生成。溴代叔丁烷水解溴代叔丁烷水解第二步：第二步：第8页SN1反应能量改变反应能量改变 ABCDE 第一步反应活化能E1，比第二步反应活化能E2大得多，所以第一步是决定反应速率慢步骤。在慢步骤中只有叔丁基溴参加，称为单分子亲核取代反应，用SN1表示。Nucleophilic SubstitutionSN1第9页比如：比如：二苯基氯甲烷在丙酮中水解反应：二苯基氯甲烷在丙酮中水解反应：按按SN 1 机理进行反应体系：机理进行反应体系：叔卤代烷及其衍生物和被共轭体系稳定仲卤代烃及其衍生物叔卤代烷及其衍生物和被共轭体系稳定仲卤代烃及其衍生物第10页 SN1反应特征有重排产物生成 第11页二、二、SN 2 机理机理 溴甲烷在80%乙醇溶液中水解速度很慢，若在80%乙醇溶液中加入碱，水解速率随OH-浓度增加而加紧。反应速率=kCH3BRr OH-亲核取代反应速率与底物浓度和试剂浓度同时相关亲核取代反应速率与底物浓度和试剂浓度同时相关-SN2第12页LNu亲核试剂从离去基团后面进攻碳原子LNuNu-与碳原子形成较弱键，C-L键减弱，Nu-、L、C成直线，碳原子另外三键从伞形变成平面。LNuNu-C键形成，C-L键断裂，碳原子另外三键向翻转。第13页二级反应二级反应新键形成与旧键断裂是同时发生，旧键断裂时所需能新键形成与旧键断裂是同时发生，旧键断裂时所需能量，是由新键形成所放出能量提供。量，是由新键形成所放出能量提供。二者到达平衡时，体系能量最高。其状态为过渡态。二者到达平衡时，体系能量最高。其状态为过渡态。第14页SN2反应能量改变反应能量改变按按 SN 2 机理进行底物特征：机理进行底物特征：不被共轭体系稳定仲卤代烷及其衍生物，伯卤代烷。不被共轭体系稳定仲卤代烷及其衍生物，伯卤代烷。第15页SN1 S SN2 单分子反应 双分子反应 V=K R-X V=K R-X Nu：两步反应 一步反应 生成中间体碳正离子形成过渡态 构型翻转+构型保持 构型翻转（瓦尔登转化）有重排产物 无重排产物 SN1反应与SN2反应区分 第16页三、三、离子对机理离子对机理介于介于 SN1 与与 SN2 机理之间，机理之间，叫做处于叫做处于“交界情况交界情况”反应。反应。动力学：动力学：一级反应一级反应 立体化学产物：立体化学产物：95%外消旋化，属外消旋化，属SN1，5%构型转化，属构型转化，属SN2第17页加入加入CH3ONa，使反应速度加紧，应是使反应速度加紧，应是SN2动力学：动力学：即不是即不是SN1，也不是，也不是 SN2提升亲核试剂浓度提升亲核试剂浓度第18页 解离正负离子形成紧密离子对，整个离子对被溶剂化。解离正负离子形成紧密离子对，整个离子对被溶剂化。溶剂介入离子对后，正负离子被溶剂隔开。溶剂介入离子对后，正负离子被溶剂隔开。离解离子为自由离子。离解离子为自由离子。三个阶段：三个阶段：第19页四、分子内亲核取代反应机理四、分子内亲核取代反应机理 SNi ROH +SOCl2 RCl 反应立体化学特征：构型保持反应立体化学特征：构型保持 说明：反应不是说明：反应不是 SN1-外消旋化外消旋化 SN2-构型翻转构型翻转是分子内亲核取代反应机理是分子内亲核取代反应机理 SNi第20页有些特殊结构分子，离去基团其有些特殊结构分子，离去基团其中一部分作为亲核体能进攻作用中一部分作为亲核体能进攻作用物，同时该部分和离去基团其余物，同时该部分和离去基团其余部分脱离，形成产物。部分脱离，形成产物。分子内亲核取代反应定义分子内亲核取代反应定义：第21页氯代亚磺酸烷基酯氯代亚磺酸烷基酯分解过程分两步分解过程分两步离子对中间体离子对中间体离去基团一部分从正面进攻离去基团一部分从正面进攻C+，保持构型。，保持构型。氯代亚磺酸烷基酯氯代亚磺酸烷基酯第22页支持这一机理依据：支持这一机理依据：构型保持构型保持构型翻转构型翻转乙醚乙醚因为乙醚弱极性，在开始生成因为乙醚弱极性，在开始生成HCl，大部分溢出，未以离子状态存在；，大部分溢出，未以离子状态存在；取代一步：取代一步：Cl 来自氯代亚磺酸烷基酯分解在乙醚中，不利于电荷分离，在离子对来自氯代亚磺酸烷基酯分解在乙醚中，不利于电荷分离，在离子对中，中，Cl 将带着一对电将带着一对电 子从正面进攻子从正面进攻R+中心碳原子，从而保持构型不变。中心碳原子，从而保持构型不变。吡啶吡啶开始生成开始生成HCl，会与吡啶结合成盐，会与吡啶结合成盐 ，使使Cl 游离出来成为有效亲核试剂；游离出来成为有效亲核试剂；取代一步：取代一步：Cl 从离去基团后面进攻中心碳原子，从而使构型翻转。从离去基团后面进攻中心碳原子，从而使构型翻转。第23页2 常见亲核取代反应体系常见亲核取代反应体系卤代烷与氢氧化钠、醇钠或酚钠、硫脲、硫醇钠、羧酸盐和氨或胺等发生亲核取代反应，生成醇、醚、硫醇、硫醚、羧酸酯和胺；醇可与氢卤酸、卤化磷或氯化亚砜作用，生成卤代烃；卤代烷被氢化铝锂还原为烷烃，是负氢离子对反应物中卤素取代；第24页1.水解反应水解反应卤代烃亲核取代反应卤代烃亲核取代反应第25页2.与氰化钠作用与氰化钠作用第26页3.与醇钠作用与醇钠作用这是制备醚类化合物惯用方法，称为williamson 合成法。反应中所用卤代烷通常为伯卤代烷。比如：第27页4.与氨作用与氨作用第28页5.与硝酸银作用与硝酸银作用卤素不一样卤代烷发生亲核取代反应活性次序为：RIRBrRCl。当卤原子相同，烃基结构不一样时，其活性次序为：321。第29页6.卤离子交换反应卤离子交换反应卤素相同、烃基结构不一样卤代烷，其活性次序为：123。第30页醇亲核取代反应醇亲核取代反应1.1.与氢卤酸反应与氢卤酸反应因为醇羟基不是好离去基团，其亲核取代反应普通要在酸性催化下进行，羟基质子化后以水形式易于离去。第31页 HXHX反应活性：反应活性：HIHBrHCl反应速度与反应速度与氢卤酸亲反应活性氢卤酸亲反应活性相关相关LucasLucas试剂试剂（浓盐酸和无水氯化锌）（浓盐酸和无水氯化锌）可用于区分伯、仲、可用于区分伯、仲、叔醇叔醇，但普通仅适合用于，但普通仅适合用于3 36 6个碳原子醇。个碳原子醇。原因：原因：1 12 2个碳产物（卤代烷）沸点低，易挥发。个碳产物（卤代烷）沸点低，易挥发。大于大于6 6个碳醇（苄醇除外）不溶于卢卡斯试剂，易混同试验现象。个碳醇（苄醇除外）不溶于卢卡斯试剂，易混同试验现象。第32页醇活性次序：醇活性次序：CH CH3 3OHOH反应速度与反应速度与醇结构醇结构相关相关第33页2 2、与卤化磷和亚硫酰氯反应、与卤化磷和亚硫酰氯反应 产物不重排产物不重排醇与醇与PXPX3 3作用生成卤代烃反应，通常是按作用生成卤代烃反应，通常是按S SN N2 2历程进行。历程进行。反应立体化学特征：反应立体化学特征：构型反转。构型反转。第34页反应立体化学与反应机理相关反应立体化学与反应机理相关 当亲核取代反应发生在当亲核取代反应发生在C*上时，上时，可能存在三种立体化学路径：可能存在三种立体化学路径：构型保持、构型翻转、外消旋化构型保持、构型翻转、外消旋化 但结果并不永远是明确，在一些反应中，可发生两种但结果并不永远是明确，在一些反应中，可发生两种立体化学路径，但程度不等。立体化学路径，但程度不等。3 亲核取代反应亲核取代反应立体化学立体化学第35页一、一、SN1 取代反应立体化学取代反应立体化学 碳正离子，碳正离子，sp2杂化杂化,平面结构平面结构,空空p轨道，理论是产物外消旋化轨道，理论是产物外消旋化。第36页因：SN1反应第一步生成碳正离子为平面构型（正电荷碳原子为sp2杂化）。第二步亲核试剂向平面任何一面进攻几率相等。第37页这种现象与以下原因相关这种现象与以下原因相关:实际上，外消旋化同时往往伴伴随构型转化产物正碳离子稳定性正碳离子稳定性正碳离子越稳定，外消旋化百分比越大。正碳离子越稳定，外消旋化百分比越大。当当C+不是足够稳定时，因为不是足够稳定时，因为L 屏蔽效应，屏蔽效应，Nu:从从 L 背背后进攻中心碳原子机会增大，故构型转化增多后进攻中心碳原子机会增大，故构型转化增多。溶剂（影响较为复杂）溶剂（影响较为复杂）普通，溶剂亲核能力越强，构型翻转百分比越大普通，溶剂亲核能力越强，构型翻转百分比越大第38页试验结果表明：试验结果表明：1C 类化合物亲核取代，构型翻转率最高；类化合物亲核取代，构型翻转率最高；2C 类化合物亲核取代（强亲核试剂）构型翻转率很高；类化合物亲核取代（强亲核试剂）构型翻转率很高；3C 类化合物亲核取代，构型翻转率不高。类化合物亲核取代，构型翻转率不高。3、亲核试剂浓度、亲核试剂浓度亲核试剂浓度越大，构型翻转百分比越大亲核试剂浓度越大，构型翻转百分比越大第39页1）异面进攻反应（异面进攻反应（Nu-从离去基团从离去基团L后面进攻反应中心）后面进攻反应中心）2）构型翻转构型翻转（产物构型与底物构型相反（产物构型与底物构型相反瓦尔登瓦尔登Walden转化）。转化）。二、二、SN2 取代反应取代反应第40页三、分子内亲核取代反应三、分子内亲核取代反应从立体化学角度看，分子内亲核取代反应立体化学特征是中从立体化学角度看，分子内亲核取代反应立体化学特征是中心碳原子构型保持不变，即反应物和产物构型相同。心碳原子构型保持不变，即反应物和产物构型相同。第41页4 影响亲核取代反应活性原因影响亲核取代反应活性原因影响亲核取代反应活性主要原因是：影响亲核取代反应活性主要原因是：烃基结构烃基结构亲核试剂浓度与反应活性亲核试剂浓度与反应活性离去基团性质离去基团性质溶剂效应溶剂效应第42页一、烃基结构影响一、烃基结构影响 普通，电子效应对普通，电子效应对S SN N1 1机理影响更大机理影响更大 空间效应对空间效应对S SN N2 2机理影响更显著机理影响更显著第43页1 1、对于、对于 S SN N1 1 反应：反应：影响反应速率主要原因：影响反应速率主要原因：反应物解离难易程度反应物解离难易程度 生成生成C C+稳定性稳定性第44页3C+2C+1C+CH3+C C+稳定性稳定性 C C+越稳定，对越稳定，对S SN N1 1 越有利。越有利。全部使全部使C C+稳定原因，都能使稳定原因，都能使 S SN N1 1 反应速率增大：反应速率增大：电子效应电子效应 -主要主要,p-超共轭效应电子电子效应效应第45页当中心碳原子与杂原子直接相连时当中心碳原子与杂原子直接相连时(R-ZCH(R-ZCH2 2-L)-L)，S SN N1 1反应反应速率显著增大：速率显著增大：C2H5OCH2ClC-C-C-C-ClC2H5O-CH2CH2Cl109 1.0 0.2SN 1反应速率反应速率当当中心碳原子与苯基或乙烯基直接相连时，中心碳原子与苯基或乙烯基直接相连时，生成生成C+稳定，稳定，-共轭共轭 SN1反应速率增大反应速率增大,反应活性增大反应活性增大。正碳离子因共轭效应而被稳定。正碳离子因共轭效应而被稳定。第46页对对于于S SN N1 1反反应应来来说说，在在速速度度控控制制步步骤骤解解离离过过程程中中，中中心心碳碳原原子子由由原原来来spsp3 3杂杂化化四四面面体体变变为为spsp2 2杂杂化化平平面面或或近近于于平平面面碳碳正正离离子子，一一定定程程度度解解除除了了拥拥挤挤状状态态,中中心心碳碳原原子子上上取取代代基基越越多多，取取代代基基体体积积越越大大，过过渡渡态态中中拥拥挤挤状状态态减减轻轻相相对对程程度度就就更更大大，速率增加也就更显著。速率增加也就更显著。空间效应空间效应基团拥挤 拥挤程度降低第47页SN1反应速度是：比如：试验测得 第48页 按按S SN N1 1历程进行反应，历程进行反应，碳原子分支使反应速率增加。碳原子分支使反应速率增加。主要原因是碳正离子稳定性，通常主要原因是碳正离子稳定性，通常 3C3C+2C2C+1C1C+CHCH3 3+位分支对于位分支对于S SN N1 1反应速率影响较小，通常是反应速率影响较小，通常是分分支加大，支加大，S SN N1 1反应速率仅略有增加。反应速率仅略有增加。第49页卤代烷反应活性次序是：卤代烷反应活性次序是：甲基甲基 伯伯 仲仲 叔叔原因：烷基空间效应原因：烷基空间效应2、对于对于SN 2反应：反应：空间效应空间效应第50页 S SN N2 2反应理想过渡态，含有五配位中心碳原子上三角双锥几反应理想过渡态，含有五配位中心碳原子上三角双锥几何形状，空间原因对反应有显著影响：何形状，空间原因对反应有显著影响：反应中心碳原子上烷基数目越多，烷基体积越大，反应中心碳原子上烷基数目越多，烷基体积越大，过渡态中心碳原子周围越拥挤，反应速率降低。过渡态中心碳原子周围越拥挤，反应速率降低。对于对于S SN N2 2历程反应，历程反应，或或碳上有分支、碳上有分支、空间位阻愈大，都使反应速率减慢。空间位阻愈大，都使反应速率减慢。第51页 碳上有分支碳上有分支结论：-C上烃基，SN2反应速率。第52页 碳上有分支碳上有分支 结论：-C上烃基，SN2反应速率。当溴乙烷当溴乙烷位上有一个甲基时位上有一个甲基时,因为碳碳链能够转动因为碳碳链能够转动,所以甲基所以甲基能够部分防止空间位阻而进行反应能够部分防止空间位阻而进行反应,当当位上有三个甲基时位上有三个甲基时,相当相当拥挤拥挤,进入基团极难与碳原子接触进入基团极难与碳原子接触,反应速率很小。反应速率很小。第53页所以，新戊基卤代烷几乎不发生所以，新戊基卤代烷几乎不发生S SN N 2 2反应：反应：第54页 电子效应不是影响电子效应不是影响 S SN N2 2 反应速率主要原因反应速率主要原因 但在一些情况下，其影响却是显著但在一些情况下，其影响却是显著-C-C 上连有上连有 、酰基时，、酰基时，S SN N2 2 反应速度显著加紧。反应速度显著加紧。电子效应电子效应 2K相对相对 1 0.4 40 120 13200 CH2-Cl第55页实际：苄基型、烯丙基型化合物不论对实际：苄基型、烯丙基型化合物不论对 S SN N1 1、S SN N2 2 都有利，都有利，反应视详细情况而定，反应视详细情况而定，普通说来，更轻易进行普通说来，更轻易进行 S SN N1 1 反应反应 较强较强 NuNu-更有利于更有利于 S SN N2 2 反应反应 较特殊是较特殊是-卤代酮，只有利于卤代酮，只有利于 S SN N2 2 反应反应第56页归纳：普通卤代烃SN反应 2、对SN1反应是3RX 2RX 1RX CH3X 1、对SN2反应是CH3X 1RX 2RX 3RX 4、烯丙基型卤代烃既易进行SN1反应，也易进行SN2反应。5、桥头卤代桥环卤代烃既难进行SN1反应，也难进行SN2反应。3、叔卤代烷主要进行SN1反应，伯卤代烷SN2反应，仲卤代烷两种历程都可，由反应条件而定。第57页对于桥环卤代烷，当对于桥环卤代烷，当X位于桥头碳上时，位于桥头碳上时，不论是不论是SN1反应，反应，还是还是SN2反应，均难以发生。如：反应，均难以发生。如：第58页二、亲核试剂影响二、亲核试剂影响对对于于S SN N1 1反反应应，亲亲核核试试剂剂不不参参加加速速率率控控制制步步骤骤，所以影响较小。所以影响较小。对对于于S SN N2 2反反应应，亲亲核核试试剂剂亲亲核核性性能能强强弱弱将将对对S SN N2 2反应速率产生极大影响。反应速率产生极大影响。NuNu-:CH3O-，HO-，I-Nu:H2O:第59页1 1、对反应速率影响、对反应速率影响 普通，对于给定反应底物，普通，对于给定反应底物，NuNu-亲核能力越强，亲核能力越强，反应按反应按 S SN N2 2 机理形成过渡态所需活化能越低，机理形成过渡态所需活化能越低，S SN N2 2 反应越快。反应越快。第60页2 2、影响、影响NuNu-亲核能力大小原因亲核能力大小原因规律：规律：带有负电荷试剂亲核性强于它共轭酸：带有负电荷试剂亲核性强于它共轭酸：OH HOH H2 2O,CHO,CH3 3O O-CH CH3 3OHOH 带负电荷试剂，负电荷越集中，亲核性越强；带负电荷试剂，负电荷越集中，亲核性越强；中性试剂，进攻原子电子云密度越集中，亲核性越强。中性试剂，进攻原子电子云密度越集中，亲核性越强。第61页 碱性碱性 亲核试剂都有未共用电子对，是路易斯碱。亲核试剂都有未共用电子对，是路易斯碱。普通说来，试剂碱性强，亲核能力也强，普通说来，试剂碱性强，亲核能力也强，、但碱性与亲核性不完全等同：但碱性与亲核性不完全等同：碱性碱性：试剂与质子结合能力；试剂与质子结合能力；亲核性：试剂与带有部分正电荷碳原子结合能力。亲核性：试剂与带有部分正电荷碳原子结合能力。碱性是指热力学平衡影响碱性是指热力学平衡影响 亲核性是与动力学过渡态情况相关，直接影响反应速率；亲核性是与动力学过渡态情况相关，直接影响反应速率；碱性极少受到空间原因影响碱性极少受到空间原因影响 亲核性对空间效应影响很敏感亲核性对空间效应影响很敏感第62页、试剂亲核性与碱性大小一致有以下情况：试剂亲核性与碱性大小一致有以下情况：a a、试剂中亲核原子相同时（如），、试剂中亲核原子相同时（如），其亲核性与碱性次序都是：其亲核性与碱性次序都是：RO HO ArO RCOO ROH H2O 带负电荷试剂亲核性比其共轭酸大，碱性也强。带负电荷试剂亲核性比其共轭酸大，碱性也强。HO ArO，是因为芳环与氧共轭，是因为芳环与氧共轭，电子云平均化使负电荷分散结果。电子云平均化使负电荷分散结果。ArO RCOO，是因为是因为 C=O C=O 吸电子缘故。吸电子缘故。b b、周期表中同一周期元素所产生同类型试剂，、周期表中同一周期元素所产生同类型试剂，电负性大，亲核性小，碱性也小。如：电负性大，亲核性小，碱性也小。如：NH2 HO R3C R2N RO F第63页、试剂亲核性与碱性强弱不一致有以下三种情况：试剂亲核性与碱性强弱不一致有以下三种情况：a、试剂中进攻原子为同族原子时，试剂中进攻原子为同族原子时，原子可极化度越大，原子可极化度越大，试剂亲核性越强试剂亲核性越强。亲核性：亲核性：RS RO，RSH ROH ，R3P R3N I-Br-Cl-F-原因：可极化度大原子外层电子易变形，更轻易进攻原因：可极化度大原子外层电子易变形，更轻易进攻 缺电子碳，形成过渡态所需活化能较低，显缺电子碳，形成过渡态所需活化能较低，显 示出较强亲核性，示出较强亲核性，S SN N2 2 反应易于进行。反应易于进行。第64页b b、溶剂对亲核性影响、溶剂对亲核性影响 溶剂化作用强试剂，其亲核性小。溶剂化作用强试剂，其亲核性小。如：卤离子如：卤离子 在质子性溶剂中，在质子性溶剂中，H2O，ROH 亲核性：亲核性：I I-BrBr-ClCl-F F-碱性：碱性：I I-BrBr-ClCl-F F-相反相反 在非质子溶剂中，二甲亚砜、在非质子溶剂中，二甲亚砜、N N、N-N-二甲基甲酰胺二甲基甲酰胺 亲核性：亲核性：I I-BrBr-ClCl-F F-碱性：碱性：I I-BrBr-ClCl-F F-一致一致 第65页 原因：在质子性溶剂中（水、醇），原因：在质子性溶剂中（水、醇），负离子与溶剂分子生成氢键而缔合，负离子与溶剂分子生成氢键而缔合，F F-、ClCl-，体积小、电荷集中，生成氢键牢靠，体积小、电荷集中，生成氢键牢靠，与溶剂缔合程度大，溶剂化作用大；与溶剂缔合程度大，溶剂化作用大；而而 I I-体积大，电荷分散，体积大，电荷分散，与溶剂缔合程度小，溶剂化作用小。与溶剂缔合程度小，溶剂化作用小。NuNu-在进攻碳原子前，在进攻碳原子前，必须摆脱包围在外面必须摆脱包围在外面“溶剂壳溶剂壳”，缔合程度小，缔合程度小，NuNu-脱掉外层溶剂轻易，亲核性强。脱掉外层溶剂轻易，亲核性强。第66页 在非质子溶剂中在非质子溶剂中 ，二甲基甲酰胺（，二甲基甲酰胺（DMFDMF）、二甲亚砜）、二甲亚砜 (DMSO)(DMSO)分子内有显著偶极，分子内有显著偶极，分子正电荷一端被烷基等包围，空间妨碍大，分子正电荷一端被烷基等包围，空间妨碍大，负电荷一端裸露在外，所以只缔合正离子，负电荷一端裸露在外，所以只缔合正离子，裸露负离子作为裸露负离子作为NuNu不被溶剂分子包围，不被溶剂分子包围，所以在偶极非质子溶剂中，卤离子亲核性次序与碱性一致所以在偶极非质子溶剂中，卤离子亲核性次序与碱性一致 试验表明：在偶极非质子溶剂中裸露负离子亲核性试验表明：在偶极非质子溶剂中裸露负离子亲核性 比溶剂化负离子大得多。比溶剂化负离子大得多。如在如在 DMF DMF 中，中，ClCl取代取代速率比甲醇中快速率比甲醇中快1.21.2 10106 6 倍。倍。第67页 为了加速亲核取代反应，降低亲核试剂溶剂化作用，经常使为了加速亲核取代反应，降低亲核试剂溶剂化作用，经常使反应在非质子溶剂中进行。反应在非质子溶剂中进行。加入冠醚加入冠醚(crown ether)(crown ether)可显著地提升负离子活性，大大促可显著地提升负离子活性，大大促进进S SN N2 2反应。冠醚是最近几十年发展起来含有特殊络合性能化合反应。冠醚是最近几十年发展起来含有特殊络合性能化合物。不一样结构冠醚，其空穴尺寸也不一样，因而决定它们对物。不一样结构冠醚，其空穴尺寸也不一样，因而决定它们对金属离子有较高络合选择性。比如金属离子有较高络合选择性。比如18-18-冠冠-6-6是有机合成上很有用是有机合成上很有用冠醚之一，其空穴半径为冠醚之一，其空穴半径为2.62.63.23.2，和钾离子半径，和钾离子半径(2.66(2.66 )相相近，与适当大小金属离子能形成共平面近，与适当大小金属离子能形成共平面1:11:1大络离子，金属离子大络离子，金属离子被络合后，剩下未被溶剂化活性很高被络合后，剩下未被溶剂化活性很高“裸负离子裸负离子”（naked naked anionanion），提升了反应活性。），提升了反应活性。第68页c、试剂空间原因：、试剂空间原因：空间位阻大亲核试剂，亲核性小。空间位阻大亲核试剂，亲核性小。此时取代基空间效应大于其电子效应。此时取代基空间效应大于其电子效应。如烷氧负离子亲核性大小次序为：如烷氧负离子亲核性大小次序为：CH3O CH3CH2O (CH3)2CHO (CH3)3CO，同理：同理：与碱性强弱次序相反。与碱性强弱次序相反。总而言之，单纯用碱性来衡量总而言之，单纯用碱性来衡量 Nu-亲核能力是缺乏普遍意义。亲核能力是缺乏普遍意义。第69页3 3、对反应机理影响、对反应机理影响不一样结构不一样结构RX终究按哪种机理进行反应，除与底物结构终究按哪种机理进行反应，除与底物结构相关外，还与相关外，还与NuNu-亲核能力强弱相关。亲核能力强弱相关。如：如：C2H5OH,C2H5O-亲和能力不一样亲和能力不一样新戊基溴新戊基溴 C+重排重排 取代取代 消除消除第70页三、离去基团影响三、离去基团影响离去基团性质对离去基团性质对SN1、SN2反应将产生相同影响反应将产生相同影响同时，改变同时，改变离去基团，将显著地影响离去基团，将显著地影响SN1、SN2反应速度。反应速度。离去基团总是带着一对电子离开中心碳原子，离去基团总是带着一对电子离开中心碳原子，故，离去基团故，离去基团接收负电荷能力越强，接收负电荷能力越强，亲核取代反应速率越大。亲核取代反应速率越大。第71页常见离去基团及相对活性常见离去基团及相对活性离去集团活性与其结构相关离去集团活性与其结构相关离去基团碱性越弱，离去速度越快离去基团碱性越弱，离去速度越快较易离去基团：较易离去基团：I-,Br-,H2O,(CH3)2S,Cl-,CF3COO-,H2PO4-,CH3COO-中等程度离去集团：中等程度离去集团：CN-,NH3,C6H5O-,RNH2,R3N,C2H5S-较难离去基团：较难离去基团：HO-,CH3O-极难离去基团：极难离去基团：NH-2,CH-3第72页共轭酸共轭酸 pKa 5 pKa 5 基团都是较易离去基团，基团都是较易离去基团，如：如：I I-是强酸是强酸 HI HI 共轭碱。共轭碱。强碱性基团都是难以离去集团，但在酸性条件下，被质子强碱性基团都是难以离去集团，但在酸性条件下，被质子 化后，变成对应共轭酸，大大增强了离去能力。化后，变成对应共轭酸，大大增强了离去能力。离去基团离去能力与其亲核能力有时相同，有时相反，离去基团离去能力与其亲核能力有时相同，有时相反，即还要考虑其电负性、可极化度、溶剂化程度。即还要考虑其电负性、可极化度、溶剂化程度。迄今，还没有一个能够依据单一参数就能确定离去基团能力迄今，还没有一个能够依据单一参数就能确定离去基团能力 方法。方法。第73页