亲核取代反应及其影响因素

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1、亲核取代反应及其影响因素经01虞说2010012599摘要：饱和碳原子上的亲核取代反应主要有两种：单分子亲核取代反应(SN1)与双分子亲核取代反应(SN2)。大多数反应介于这两种极端情况之间。人们提出离子对机理与邻近基团参与的理论来解释反应情况与构型变化的问题。亲核取代反应的反应速度，与烃基的数量、离去集团的大小、亲核试剂的活性以及溶剂的极性等有关。一般来说，烃基数量少，离去基团大，亲核试剂亲核性强，溶剂的极性弱，对SN2反应有利；烃基数量多，离去基团大，溶剂的极性强，对SN1反应有利。另外，亲核取代反应和对应的消除反应（单分子消除反应E1、双分子消除

2、反应E2与SN1、SN2）互为竞争性反应。强碱和较高的温度有利于消除，弱碱和强亲核试剂有利于取代；有利于碳正离子生成的条件，有利于按单分子机理进行；不利于底物异裂的条件，有利于双分子反应。正文：一、烷基结构的影响1．烷基的结构对SN2反应的影响在卤代烷的SN2反应中，如果中心碳原子上连接的取代烷基（支链）越多，它们对亲核试剂从碳卤键背后进攻中心碳原子的空间位阻就越大，使得发生有效碰撞的概率大为下降；而在过渡态时众多的支链与中心碳原子要保持在同一个平面内，其张力是很大的，这就使形成过渡态需要有非常高的活化能，这些都将导致卤代烷进行SN2反应的活性下降，反

3、应速率减小。例如，I-与下面各溴代烷的丙酮溶液中于25℃发生SN2反应时的相对反应速率为：    如果在卤代烷的β-碳原子上连有支链烷基时，对SN2反应的速率也有明显的影响，即卤代烷中心碳(α-碳)原子上连接的烷基体积越大，其空间位阻越大，不利于亲核试剂的攻击。例如，在C2H5OH溶剂中C2H5ONa与下面各溴代烷于55℃发生SN2反应的相对反应速率为：    反应物CH3CH2BrCH3CH2CH2Br(CH3)2CHCH2Br(CH3)3CCH2Br 相对速率100283.04.2×10-4综上所述，卤代烷进行SN2反应时，在其它条件相同时，不同结

4、构卤代烷的反应活性次序为：    2．烷基的结构对SN1反应的影响  在SN1反应中，由于决定反应速率的步骤是碳正离子的生成。因此，烷基子离子越稳，越易形成，生成时的活化能越低，反应速率也越快，由于烷基正离子稳定性的顺序是：(CH3)3C+>(CH3)2CH+>CH3CH2+>CH3+所以，在SN1反应中，卤代烷的活性顺序为：R3CX>R2CHX>RCH2X>CH3X(3°>2°>1°>CH3X)，例如：    卤代烷与AgNO3/EtOH溶液的反应被认为是SN1机理。二、离去基团（卤原子）的影响由于SN1和SN2反应的慢步骤都包括C-X键的断裂，因此

5、离去基团X-的性质对SN1和SN2产生相似的影响，但由于在SN2反应中，参与过渡态形成的还有亲核试剂，故卤原子离去的难易除与本身性质有关外，还与亲核试剂的性质有关。卤原子的性质对SN1和SN2反应影响的程度不同，其中对SN1反应的影响更为突出。总之，离去基的离去倾向越大，碳卤键越易于变形断裂，亲核取代反应速度越快。从C-X键解离能和可极化度的大小，可知卤代烷的活性次序为：RI>RBr>RCl>RF(SN1和SN2一致)其中，I-最好的离去基团，F-的离去能力最差。三、亲核试剂的影响由于SN1反应的慢步骤（第一步）只与卤代烷的浓度有关，故亲核试剂对SN1

6、反应的影响不大。而SN2反应的慢步骤则与卤代烷和亲核试剂均有关系，试剂的亲核能力越强或亲核试剂的浓度越大，则它与卤代烷中心碳原子的成键能力越大，反应按SN2机理进行的趋势越大，反应活性越高。试剂的亲核性指的是亲核试剂本身的给电子中心与卤烷的缺电子中心的亲合能力。试剂的亲核性大小主要是由两个因素决定的。一个是试剂的碱性（给电子性），一个试剂的极化度（变形性）。这两个因素对试剂的亲核性的影响通常是一致的；但也有不一致的情况，这时往往是后者起主导作用，但也与溶剂性质有关。一般有如下规律。1．同一周期的原子作为亲核中心时，试剂的亲核性与碱性有相同的强弱次序： 

7、   2．同一族的原子作为亲核中心时，变形性大者（原子半径大、电负性小者），呈现出较强的亲核性；这与碱强弱次序相反：3．卤素负离子在质子型溶剂中表现出的上面所述的亲核性次序是与卤负离子的溶剂化作用有关的；卤负离子的体积越小，负电荷就越集中，它与质子型溶剂化作用程度越大，导致卤负离子的亲核性大为下降。如果在非质子型极性溶剂中进行SN2反应，（如使用二甲基亚砜或二甲基甲酰胺）由于X-与溶剂分子不发生溶剂化作用，X-的负电荷是完全裸露，这时它们的亲核性与碱性的强弱次序是相同的：    4．亲核试剂的体积大小对它的亲核性也有明显的影响；体积大者，在反应中空间位

8、阻增大，亲核性下降。四、溶剂板性的影响卤代烷SN1反应的速度控制步骤是它电离生成正碳离子一步；