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1、天然药物化学室二零一五年七月浅谈亲核取代取应浅谈亲核取代反应一、亲核取代反应的活性结构对反应活性（reactivity）的影响与反应机理有关，以下分别讨论结构对SN2和SN1反应的影响。§22.3.1.1SN2对RCH2X型化合物18个系列的亲核取代的速率数据进行的统计分析说明:R的位阻是决定反应速率的主要因素。R3C-X型化合物不起SN2反应。离去基团在桥头碳原子上的化合物，不发生SN2反应，(1)与乙醇钠一起加热，(2)与Nal在丙酮溶液中加热都不起反应。如：浅谈亲核取代反应α-碳原子上的烯基
2、或苯基使SN2反应的速率加快。例如，烯丙基氯在丙酮溶液中与碘化钠的反应速率为氯乙烷的33倍。分子轨道模型的解释是：在过渡状态中，α-碳原子上的p轨道与双键碳原子上的π*(反键轨道)重叠使其能量降低，见图22.3。浅谈亲核取代反应二、亲核取代反应中的SN1反应SN1机理的中间体是碳正离子，能使碳正离子稳定性提高的因素都有利于SNl反应的进行。与苯环双键共轭能提高碳正离子的稳定性。三苯氯甲烷在液体SO2溶液中能电离成三苯甲基碳正离子和氯离子，SO2的亲核性极弱，与碳正离子不起反应：苯环上给电子的取代基
3、如：Me2N，MeO和Me使三苯甲基正离子的稳定性提高；而吸电子的取代基如：Cl，NO2则使三苯甲基正离子的稳定性降低。二苯甲基碳正离子、苄基型碳正离子和烯丙型碳正离子与SbF6-离子生成的盐都可以在超强酸中得到。有的烯丙型碳正离子可以在浓硫酸溶液中生成。浅谈亲核取代反应能使碳正离子稳定的因素也就能使SN1反应加速.例如氯甲醚的水解活性很大。MeOCH2+SbF6-可以在超强酸中制得，ROCH2X,RSCH2X,R2NCH2X等化合物在SN1反应中的活性都大于R3CX。正电荷在桥头碳上的碳正离子虽
4、然不能达到平面构型，但仍可以在超强酸中生成。例如：浅谈亲核取代反应酰基碳正离子的稳定性与叔丁基碳正离子相近，但由于共振效应，正电荷分散到氧上，亲电能力不强，RCOX的反应一般是先加成后消除。乙烯基碳正离子的稳定性很低，只在离去基团离去倾向极强时才发生溶剂解。例如：浅谈亲核取代反应三、亲核指数在甲醇溶液中25˚C下测定碘甲烷与各种亲核试剂的SN2反应的速率常数knu并与碘甲烷与甲醇反应的速率常数比较，可以算出亲核试剂的亲核指数(nucleophilicconstant)。MeOHNO3–F–MeCO
5、2–Cl–Me2SNH3N3–PhO–n0.01.52.74.34.45.35.55.85.8Br–MeO–HO–Et3NCN–I–NO2–PhS–n5.86.36.56.76.77.47.89.9用相似的方法得到的SN2亲核性次序(质子溶剂)为：RS–>ArS–>I–>CN–>OH–>N3–>Br–>ArO–>Cl–>吡啶>AcO–>H2O浅谈亲核取代反应四、亲核性和碱性一种试剂作为亲核试剂是指供电子给碳原子，亲核性表示它对反应速率的影响，是动力学问题；而作为碱是提供电子给质子，碱性表示它对平衡
6、位置的影响，是热力学问题。因此，一个试剂的碱性强，它的亲核性不一定同样强。例如，N3–,PhO–和Br–的亲核指数都是5.8，而它们的共轭酸的pKa却分别为4.74,9.87和–7.7。不过进攻原子相同的一系列试剂，它们的亲核性的大小次序与碱性大小是平行的，如MeO－>PhO－>AcO－＞NO3–，进攻原子在周期表中位于同一周期，亲核性的次序也与碱性平行。例如，一些试剂的亲核性次序为:NH2–>RO－>OH－>R2NH>ArO－>NH3>吡啶>F－>H2O>ClO4–；R3C－>R2N－>RO－>
7、F－。试剂如果是带负电荷的离子，它的亲核性一定比其共轭酸强。例如，OH－>H2O，NH2–>NH3，RO－>ROH，RS–>RSH。浅谈亲核取代反应例如下列三个亲核试剂与苄氯进行亲核取代，变换苯环上的取代基，它们的碱性与亲核性是一致的。它们的亲核性与碱性成线性关系。五、溶剂对亲核性的影响卤离子的亲核指数分别为：F－,2.7;Cl－,4.4;Br－,5.8;I－,7.4；而它们的共轭酸的pKa分别为:HF,3.45;HCl,–5.7;HBr,–7.7;HI,–10.7。即亲核性次序正好与碱性相反。主
8、要原因是：在溶液中它们被溶剂分子包围，特别是在质子溶剂中更能生成氢键。例如：浅谈亲核取代反应F–和Cl–体积小电荷集中，包围的溶剂分子更多，Br–和I–体积大，电荷分散，包围的溶剂分子较少；在亲核进攻中必须先破坏溶剂层,才能达到过渡状态,所需能量反映到活化能中,使活化能升高,反应速率变慢,特别是在质子溶剂中,由于能生成氢键,差别就更显著。因此，亲核性次序为I－>Br－>Cl－>F－。DMF溶液中包围负离子的溶剂分子少，亲核性次序为Cl－>Br–>I–.浅谈亲核取代反应亲核取代反应是
