慢 C Br
R3
R2 R1
δ-
δ-
HO C Br
R3
R1
快
R2
HO C
+ Br-
R3
如果三个取代基团不同则发生构型反转 （叫Walden翻转）
SN2反应的能量过程
过渡态中，中心碳原子从sp3杂化变成具有空p轨道的 sp2杂化，此时空p轨道一瓣与亲核进攻基团重叠，另
一瓣与离去基团重叠。正如此，亲核反应中没发现有
Boger D L. Modern Organic Synthesis. TSRI Press. 1999: 25
由于过渡态空间效应的存 在反式异构体的活化能或 自由能 (Ea, or ΔG‡)要比 顺式高，所以
→ kcis > ktrans
反式异构体反应动力学更 慢，热力学更不稳定。
Boger D L. Modern Organic Synthesis. TSRI Press. 1999: 25
• 反应过程能量表现形式不同： SN1存在中间体，有 两个过渡态； SN2不存在中间体，只有一个过渡态
• 反应动力学不同：SN1为一级反应；SN2为二级反应 • 反应产物立体构型不同： SN1反应产物为消旋体混
合物； SN2反应产物仅有构型翻转一种立体异体构
SN1与SN2反应的相同点
• 反应产物具有相同的分子式和化学性质 • 同为亲核试剂对反应底物的亲核进攻 • 二者仅是亲核取代反应历程的两种极端表现，
SN1反应
R1 R2
CX
R3
R2 R1 慢
C
R3
R1 R2
Nu C
R3
构型翻转
R2 R1 正面进攻
快 Nu-
C
快 Nu-
背面进攻 R3
• 一级反应动力学 • 消旋化
R1 R2
C Nu R3
构型保持
SN1反应的能量过程
HCl
Cl-
C OH
C
C Cl
SN1与SN2反应的不同点
• 反应历程不同：决速步SN1为单分子离解；SN2为双 分子加成
RBr 相对活性
CH3Br > CH3CH2Br > (CH3)2CHBr > (CH3)3CBr
150
1
0.01
1 有机合成反应理论
Principle of Organic Reaction
本章内容
1.1 脂肪族亲核取代反应 1.2 脂肪族亲电取代反应 1.3 芳香族亲电取代反应 1.4 芳香族亲核取代反应 1.5 自由基反应
1.1 脂肪族亲核取代反应
Nucleophilic substitution of aliphatic compounds
R X + Nu-
R Nu + X-
• R:为脂肪族烃基
• X(离去基团): Hal-、RSO3-、HO-、+N2-…… • Nu-(亲核基团):Hal-、OH-、RO-、RCOO-、RS-、
CN-、N3-……
亲核取代反应类型
（1）中性底物+中性亲核体
CH3
-Cl-
C Cl + EtOH
CH3
CH3 C OEt CH3H
HO
+ NaBr
tert-butanol
SN1
Br + NaOH iso-propyl bromide
HO
+ NaBr
iso-propanol
SN1~SN2
主
SNi反应
• 有一种分子内亲核取反应可以使产物构型得到保 持，反应分两步进行:
–第一步是SN1反应，底物分解成碳正离子；
–第二步是部分离去基自身另一亲核端进攻碳正 离子，由于离子对的存在不能到达后面，因此 只有从前面进攻，得到构型保持产物，这种反 应历程叫SNi反应。
O
C O SN
Cl
R3
构型翻转
背面进攻
而ROSOCl的热分解是一级反应
R1 R2
C
R3
OH + SOCl2
R1 R2
C
R3
OSOCl
- SO2 加热
SN1
R1
R2 R1
Cl C
R2
快
Cl-
C
快 Cl-
R3
R3
构型翻转
R1 R2
C Cl R3
构型保持
影响反应历程的因素
（1）取代基结构
电子效应和空间效应：空间效应为主。 溴代烷与碘负离子的卤素交换SN2反应活性：
O
脂肪族亲核反应历程分类
• SN2反应历程：双分子亲核取代 • SN1反应历程：单分子亲核取代 • SNi反应历程：自位亲核取代
SN2反应
慢 R X + Nu-
δ-
δ-
Nu R X
快 R Nu + X-
进攻与离去同时进行 二级反应动力学
例如：溴甲烷（R1=R2=R3=H）在碱中的水解
R1
R2 HO- +
反应举例
在低于0.15mol·L-1的NaOH溶液中水解时
CH3Br + NaOH bromomethane methyl bromide
C2H5Br + NaOH bromoethane
CH3OH + NaBr methanol
C2H5OH + NaBr ethanol
SN2
Br + NaOH tert-butyl bromide
-H+ 87%
（2）中性底物+负离子亲核体
Байду номын сангаас
CH3 C OEt CH3
CN + I- 丙酮
Br
96%
CN + BrI
（3）正离子底物+中性亲核体
Ph2CH N N
EtOH Ph2CH
-H+
Ph2CHOEt
Ph2CHOEt
H
（4）正离子底物+负离子亲核体
O
N CH2NMe3 O
NaCN DMF
O N CH2CN
大多数反应是混合反应历程，同时具有SN1和 SN2反应特点，只是各占比例不同而已
混合反应历程
• 对大多数脂肪族亲核取代而言，反应为SN1与SN2 反应的混合历程，表现为： –反应动力学为非整数级数，处于1和2之间 –构型保持和构型翻转反应产物所占比例非整 数，对单一立体异构体反应底物而言，产物 旋光处于零和最大值之间 –不同反应条件下两种反应历程所占比例可调
从前面进攻的SN2机理。为什么？
SN2反应举例（1）
Regan C K, Craig S L, Brauman J I. Science, 2002, 295: 2245~2247
SN2反应举例（2）
less stable product formed and proceeds through a less stable T.S.
最典型的就是醇用氯化亚砜进行取代合成 氯代烷的反应：
R OH + SOCl2
SNi R OSOCl
离子对 R+
O
自身进攻
SO
R Cl + SO2
Cl
• 支持这种机理的证据：加入吡啶时部分构型翻转。
R1 R2
C
R3
OH + SOCl2
R1 R2
C
R3
OSOCl
SN2
N
R1 R2
Cl C
R3
R1
R2