第六章 脂肪族亲核取代反应RL +Nu-R Nu +L -底物 亲核试剂 离去基6.1试剂与亲核性具有亲核性的试剂叫亲核试剂，亲核性是指试剂与正电性碳原子的成键能力，亲核试剂可以是中性分子和离子。

不同亲核试剂的亲核性不同，亲核试剂均为路易斯碱，而碱性(质子理论)是指试剂与质子的结合能力，多些情况下二者的强度一致。

1、 亲核原子相同时，亲核性大小与碱性一致。

R O ->H O ->Ar O ->RCO O ->R O H>H 2OCH 3O -O -O -Cl NO 2O ->>>取代基的供电性越强，亲核性和碱性越强。

2、 亲核性原子为同周期元素的原子时，其亲核性与碱性大致一致。

R 3C > R 2N - >RO - > F -3、 同族元素原子的亲核性大小与碱性相反，即原子半径较小者，碱性较大，而亲核性则较小。

PhSe ->PhS ->PhO - I ->Br ->Cl ->F -(溶剂化最强)亲核性 亲核性（这是质子性溶剂中） 4、 空间效应碱性 CH 3O -<(CH 3)3CO - 亲核性 CH 3O ->(CH 3)3CO -NR +CH 3I NCH 3R I -亲核性NCH 3NNCH 3NCH 3CH 3NC(CH 3)3>>>>相对速度2.3 1.0 0.5 0.04 0.0002空阻6.2亲核取代反应历程（S N 2）为协同的一步反应，新键的形成和旧键的断裂是同时进行的，亲核试剂从离去基背面进攻中心碳原子，过渡态为五配位的三角双锥构型。

NuC [Nu C X R2δ-]NuC RR 12+X -δ-+动力学上为二级反应。

6.2.2单分子亲核取代反应历程（S N 1）动力学上为一级反应，因而反应速度只与反应底物有关而与亲核试剂的性质和浓度无关。

v =k 1[RX]R +＋Nu-[R Nu]δ+δ-R Nu快R X[R X]R ++X-δ+δ-慢TS 1TS 2I两个过渡态和一个中间体。

6.3亲核取代反应的立体化学 1．S N 2历程发生Walden 转化即伞型效应C n-C 6H 13BrOH -HO CC 6H 13-nH 3+Br -[α]＝－34.6 [α]=49.9+I-128I-+C n-C 6H CH 3I128IC 6H 13-nCH 3S-2-碘辛烷 R-2-碘辛烷-128I反应过程中，旋光性逐渐渐降低到零，即外消旋化v 外＝2v 取2、S N 1历程碳正离子，sp 2杂化,平面结构,空p 轨道，理论是产物外消旋化.这取决于底物结构和试剂性质，通常情况是外消旋化与构型翻转同时存在。

C R 2Nu 12Nu+50%50%当形成的碳正离子稳定性较小时，当被试剂进攻时，此时离去基尚未离开，在一定的程度上产生了遮蔽效应，因而妨碍了Nu-从离去基的方向进攻，故主要得构型反转的产物；如果试剂浓度低，碳正离子可顺利成为自由离子，和离去基X -分开后才接受Nu -进攻，这时产物外消旋化。

如果进攻试剂的浓度较高，被X -遮蔽的碳正离子受试剂进攻的机会增加构型反转比例增加，在SN 1反应中，还有一些产物不是从离域的碳正离子中间体形成的，而是有离子对形成的。

离子对历程RXR +X-R +X -R ++X --N 2构型翻转紧密离子对构型翻转自由碳正离子外消旋化（100％）构型翻转 > 构型保持（部分外消旋化的同时，有部分构型翻转）溶剂分离对--Nu -S N 1底物6.4邻基参与如果亲核试剂与离去基共处于同一分子中，则发生分子内S N 2。

HO CH 2CH 2ClCa(OH)2CH 2CH 2Cl O -CH 2CH 2OClCH 2CH 2CH 2CH 2NH 2N HKOH 2离去基Cl 的离去是由氧负离子（或氮原子）的帮助下完成的，通常称为邻基协助，邻基参与或邻基效应（分子内的S N 2）条件：当邻近基团具有未共用电子对时，在与反应中心的距离适当时，就发生邻基参与。

结果：①生成环状化合物，②限制产物的结构，③反应速度异常增大。

6.4.1 n 参与 1．氧参与 包括：O -OH OCH 3OCR OC-OR O CHO CArO ,,,,,,MeO OTs CH COO -Me OAck 反/k 顺＝6 反式的产物构型保持不变MeOOAc-H H OAcOTsH OAc HOAcCH 3COO -CH 3COOHk 1=2.9×10－7L.mol -1.S -1这是一个S N 2历程，由于AcO 的吸电子作用使得碳正离子的形成较困难。

OAc HHOTsOAc HHOAc CH 3COO -CH 3COOH+HOAcHOAc外消旋体k 2=1.9×10－4L.mol -1.S-1+MeOAc H HOAc H OAc OAcH OC Me50%50%镜面对称性（非手性分子）只有一个手性碳且反应中心为手性碳时，邻基参与的结果将是构型保持。

C EtEtHO C -C Et Et-OCl-Cl -C EtOMeCEtEt -O C OH 1231变成2为邻基参与（构型翻转），2变成3为S N 2反应（构型翻转，3的构型和1与底物相同）。

因此邻基参与和S N 2反应的总结果为构型保持。

C Br C O CO C CHO O -O总结果为构型保持 2．硫参与ClCH 2CH 2SCH 22ClCH 2CH 2CH CH 2-S N 22CH 2SCH 2CH 2OH 邻基参与反应速度较快3．卤素参与CH 3H OH Br HCH 3HCH 3OH Br CH 3HH CH 3Br Br CH 3H赤式dl 对赤式meso+HCH 3OH Br HCH 3H CH 3Br Br HCH 3CH 3HOH Br CH 3HCH 3HBr Br CH 3HHBr++苏式dl 对苏式dl 对H CH 3BrBr HCH 3CH 3HBr Br CH 3H+Br H CH 3HCH 3OH 3H +CH 32(2S,3S)(2S,3S)(2R,3S)(2R,3R)(2S,3S)对称性23CH (2R,3S)(2S,3S)H Br HBrCH 3CH 3mesoBrCH H 36.4.2 π参与 1．C=C 的参与AcO-AcOH构型不变k 乙酸解10111k 乙酸解113.2H 3H 3148π供电性增加，速度增加。

CONO 2NB ：2．苯基参与苏式(2R,3S)进攻C进攻C3CH C C3PhOAcCH 3苏式dl(2S,3R)meso(2R,3S)(2S,3R)50%50%50%构型转化，50%构型翻转，结果为外消旋化。

赤式(2R,3R)进攻C进攻C3CCH 3C C 3PhOAcC 3赤式(2S,3S)(2R,3R)-H CH手性(2R,3R)构型保持不变。

6.5影响亲核取代反应的因素 6.5.1烃基的结构 1．对S N 1影响凡是能稳定C +的各种因素均有利于S N 1的进攻，中心碳原子上连接的供电基团，能分散碳正离子上的正电荷，提高碳正离子的稳定性。

（1）电子因素稳定性：3°R + > 2°R + > 1°R + 烷基的+I 和+C ’ S N 1的速度：3°RX > 2°RX > 1°RX (2)空间因素C XR 慢sp 2张力得到了释放sp3R'（3）苯基或乙烯基取代的卤甲烷按S N 1进行R Cl +CH 3CH 2OHS 1R OC 2H 5+HCl(4)当杂原子如O,N,S 等原子直接与中心碳相连时，按S N 1进行C 2H 5O CH 2Cl CH 3CH 2CH 2CH 2Cl C 2H 5O CH 2CH 2Clk 相对10910.2+C>-I ，有利于碳正离子的形成杂原子上的孤对电子与中心碳的空p 轨道交盖形成离域π键，使碳正离子稳定。

（5）卤原子位于桥头碳上时，只能按S N 1进行，但反应速度极慢。

25℃，80％ H 2O-C 2H 5OHk 相对Me 3CBrBr110-310-710-13桥头碳难于形成平面碳正离子，刚性越大（桥原子数减小），反应速度越小。

2．S N 2的影响主要影响因素为空间效应Nu -+C RX慢(Nu C X R δ-δ-)NuC RR''+X -过渡态为五配位，张力增大因此不论是α-C 还是β-C 上的取代基增多均不利于S N 2反应。

Nu-S 2Nu R +X -R X +3空阻很大6.5.2离去基的影响不论S N 1还是S N 2的定速步骤中均存在C-X 断裂，故C-X 愈易断裂，反应速度愈快。

稳定性 F -<Cl -<Br -<I - (I -原子半径大，负电荷愈分散) 离去能力I ->Br ->Cl ->F -OH -R OH +Br -R Br +OH -为不好的离去基H +R OHR OH 2Br -R Br +H 2OH 2O 为好的离去基6.5.3试剂的影响试剂的亲核性对S N 1几乎无影响，对S N 2影响较大。

（1）亲核性越大，越有利于S N 2；（2）亲核试剂的体积越小越有利于S N 2；（3）强亲核试剂导致产物构型反转，故弱亲核试剂导致产物部分外消旋化。

6.5.4溶剂的影响1．对S N 1反应，增加溶剂极性和溶剂的离子—溶剂化能力，导致反应速度显著增大。

（1）在定速步骤中，反应物电离成过渡态所需的大部分能量可由在溶剂和极性过渡态之间形成偶极－偶极键来供给。

溶剂的极性越大，则溶剂化能力越强，电离作用越快。

（2）碳正离子或定速步骤的过渡态极性大于反应物，前者因溶剂化而稳定，极性溶剂有利于S N 1，且随着溶剂极性增强而加速。

2．对于S N 2L -Nu -+R L(Nu R L)Nu R +δ+δ－电荷分离溶剂极性增大，不利于反应；极性减小，有利于反应。

L -Nu +R L(Nu R L)NuR +δ+δ－极性增加溶剂极性增大，有利于反应。

极性降低Nu -L+R L +(Nu R L)Nu R +δ-δ+溶剂极性增大，不利于反应3．极性质子性溶剂使亲核试剂溶剂化增加亲核试剂的稳定性，降低其亲核活性。

NuR RO HNu -H H OR OR△G'3ROH Nu -+(NuR L)+δ-δ-R L △G''L△G'+△G''=△G这不利于S N 24．极性非质子溶剂如DMF,DMSO,HMPT 等，这时亲核试剂完全暴露未溶剂化，对S N 2有利的。