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第2章精细有机合成的理论基础2资料.
4.芳香族已有取代基的亲核置换反应
(1)重要性
在芳环上引入某些基团。要在芳环上引入-OH、-OR、-OAr、NH2、-NHR、-NR2、-NHAr、-CN和-SH等取代基的化合物,采用环 上H的亲核取代相当困难。
但是,亲电取代可以在苯环上引入磺基、硝基、亚硝基、卤基、 烷基、酰基、羧甲基和偶氮基等。引入这些基团后,由于这些基 团的吸电子作用使与之相连的C原子上的电子云密度比其它C原子 降低得更多,因此该位置易发生亲核置换反应。
SN2:双分子亲核取代反应. 主要考察空间阻力.受到的阻力 越小,活性就越大.
注意:烯丙型RX and 苄基型RX,发生 SN2反应的活性也是非常大的,与伯RX 相当
(2)离去基团的影响
越容易形成负离子(或接受电子能力强)的离去基 团越有利于亲核取代反应的进行。难易次序:
(3)亲核试剂的影响
对SN1影响不大,对SN2反应有明显的影响。绝大多 数试剂的亲核能力与其碱性一致。
3.芳香族环上氢的亲核取代反应
反应时,亲核试剂优先进攻环上电子云密度最低的位置, 故(反应难易和定位规律)与芳香族亲电取代反应相反。
特点:①由于芳香环和亲核试剂的电子云密度都比较高, 所以这类反应较难发生。②当芳环上连接有吸电子基团 时,使邻位和对位的电子云密度下降得比间位更多,该 位有利于发生亲核取代反应。
2. 卤代烷与NaOH在水-乙醇溶液中进行反应,下列哪些是SN2机理?哪些是SN1机理?
(1) 产物发生Walden转化;
SN2
(2) 增加溶剂的含水量反应明显加快; SN1
(3)有重排反应;
SN1
(4)叔卤代烷反应速率大于仲卤代烷; SN1
(5)反应只有一步。
SN2
3)下列每一对反应中,预测哪一个更快,为什么?
b. 当苯环上同时有卤基和其它吸电性基时,通常都是 卤基发生亲核置换,而其它吸电性基团不发生变化 (重氮基容易分解,氰基容易水解)
习题
1. 下面所列的每对亲核取代反应,各按何种机理进行?哪一个反应更快?为什么?
I-的亲核性很强,且丙酮极性较小。这种反 应条件有利于SN2, SN2反应速率:1ºRX>2ºRX >3ºRX
2.3 亲核取代反应
亲核取代反应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。
亲核(负离子型)取代反应通式:
1.脂肪族亲核取代反应历程
(1)双分子亲核取代反应历程(SN2) 该过程中旧键的断裂与新键的形成是同时发生的,没有中间 体的形成,反应一步进行。通式如下:
= k[R3CX] ★ SN1反应立体化学: 生成等量的对映体即外消旋体
2.影响反应历程和速度的因素
(1)作用物的结构
SN1:单分子亲核取代反应.主要考察形成的C正离子的稳定性 被进攻的碳原子上有给电性取代基;取代基的p-p(如α-氯代 醚类)和p-π(如烯丙基卤化物)共轭有利于SN1。在RX里, 按SN1进行的RX的活性为:烯丙型,苄基型>叔RX>仲RX>伯 RX
(2)亲核置换反应反应历程
a)双分子历程 (二级反应) 中间体:配合物负离子
X
X
Nu
Nu
+ Nu-
-
+ X-
NO2
NO2
NO2
迈森海默络合物
b)单分子历程 (一级反应)
重氮盐的水解或醇解生成醇或醚是亲核置换反应, 其历程按SN1进行:
c. 苯炔历程
第一步:消除卤化氢,形成苯炔中间体; 第二步:亲核加成生成取代产物
C2H5O >OH >C6H5O >C2H5S >H2O
同族元素的亲核试剂中,原子半径越大,越容易极 化,亲核性越强
(4)溶剂的影响
对SN1反应,极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离 溶剂极性越大, 反应速度越快
对SN2反应,Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键,使 反应活性降低。反应宜在非质子传递型溶剂中进行
CH3
Cl KNH2-液NH3
必须使用强碱
CH3
NH2 + CH3
38%(预期的)
NH2
62%(非预期的)
消除-加成机理(苯炔机理)如下:
非正常三键
NH2-
Cl -HCl H NaNH2/液NH3
条件苛刻
NH2“苯炔”
NH2 NH3
-
-
NH2
NH3
NH2 + NH2NH2 + NH2-
(3)苯环上其它取代基对亲核置换反应的影响 a)当取代基的共轭位(邻、对位)有吸电子取代基 存在,对反应有利
C H 3 C H 3 C H 2 C H C H 2 C N +B r-
空间位阻大, 不利于SN1
(2)
(B )C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 B r+C N - C H 3 C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 C N +B r-
(3)
(A )C H 3 C H = C H C H 2 C l+H 2 O (B )C H 2 = C H C H 2 C H 2 C l+H 2 O
SN2历程的特征:
①Nu-从离去基团背面进攻;②构型反转(R/S);③旧键
断裂与新键形成同时;④二级反应,即v = k[RCH2X][OH-]; 假一级反应(当 [OH-] ﹥ ﹥ [RCH2X] 时 ),v = k[RCH2X]
(2)单分子亲核取代反应历程(SN1)
该历程中反应是分两步进行的,第一步,中心C原子与离去基间 发生异裂,生成一个不稳定的碳正离子中间体;
( A )( C H 3 ) 2 C H C H 2 C l+ S H - ( C H 3 ) 2 C H C H 2 S H + C l-
(1)
( B )( C H 3 ) 2 C H C H 2 S H - ( C H 3 ) 2 C H C H 2 S H + I-
C H 3 (A ) C H 3 C H 2 C H C H 2 B r+C N -
第二步,碳正离子与亲核试剂结合生成新的化合物。
★ SN1反应机制的特点 ●反应分两步,第一步是控制步骤,即C-X键首先断裂形成碳正 离子; ●过渡态为平面结构,中心原子由sp3杂化转化为sp2杂化; ●亲核试剂可以从碳正离子两侧与之结合,生成等量的对映体, 即发生消旋化;
●此类反应与亲核试剂的亲核能力及浓度无关。一级反应,即v