取代反应机理及应用

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1、取代反应的机理及应用(分析化学2011000123张国艳)摘要在有机化学中，亲电子和亲核性取代反应非常重要。饱和碳原子上的亲核取代反应，根据反应底物，亲核试剂(Nu)，离去基团(L)和反应条件，可按几种不同历程进行，其中最重要的有两种历程，即SN1和SN2历程。苯环上亲电取代反应的定位规律对于预测反应主要产物，确定合理的合成线路，得到较高产量和容易分离的有机化合物具有重要的指导意义。关键词：亲核取代；亲核试剂；离去基团；亲电取代Abstract:Inorganicchemistry,nucleophil

2、icandelectrophilicsubstitutionreactionsisveryimportant.Nucleophilicsubstitutionreaction,accordingtothereactionsubstrate,nucleophile(Nu),theleavinggroup(L)andreactionconditions,followedseveraldifferentcourseonthesaturatedcarbonatom,themostimportantcoursea

3、retheSN1andSN2process.Aromaticelectrophilicsubstitutionreactionontherulesforpredictingtheresponsetothepositioningofthemainproduct,determineareasonablesyntheticroutestogethigheryieldsandeasyseparationoforganiccompoundshasanimportantsignificance.Keywords:n

4、ucleophilicsubstitution;nucleophile;leavinggroup;electrophilicsubstitution引言：取代反应(substitutionreaction)是指有机化合物受到某类试剂的进攻，致使分子中一个基(或原子)被这个试剂所取代的反应。取代反应可分为亲核取代、亲电取代和均裂取代三类。如果取代反应发生在分子内各基团之间，称为分子内取代。有些取代反应中又同时发生分子重排(见重排反应)。取代反应的通式是自由基取代Cl·+H··CH3—→HCl+·CH3·C

5、H3+Cl··Cl—→CH3Cl+·Cl。在有机化学中，亲电子和亲核性取代反应非常重要。有机的取代反应会依以下的特点，被归类到若干个有机反应类别中：促使反应的反应物是亲电子试剂还是亲核试剂。反应中的中间物是一个阳离子、一个阴离子还是一个自由基。反应的基质是脂肪族化合物还是芳香族化合物。详细了解反应类别不但对预测反应产物很有帮助，而且能帮助我们从诸如温度、溶剂等变量上来优化该反应。取代反应分类：①亲核取代反应简称SN(S为英文“Substitution”(取代)，N为“Nucleophilic”(亲核)，

6、都取第一个大写字母)。饱和碳上的亲核取代反应很多。例如，卤代烷能分别与氢氧化钠、醇钠或酚钠、硫脲、硫醇钠、羧酸盐和氨或胺等发生亲核取代反应，生成醇、醚、硫醇、硫醚、羧酸酯和胺等。醇可与氢卤酸、卤化磷或氯化亚砜作用，生成卤代烃。卤代烷被氢化铝锂还原为烷烃，也是负氢离子对反应物中卤素的取代。当试剂的亲核原子为碳时，取代结果形成碳-碳键，从而得到碳链增长产物，如卤代烷与氰化钠、炔化钠或烯醇盐的反应。在亲核取代反应中，C—X键先断裂，生成正碳离子再跟试剂反应，形成C—Y键，这种反应叫单分子亲核反应，记作SN1。

7、C—X键断裂和C—Y键的形成同时发生的反应叫双分子亲核取代反应，记作SN2。由于反应物结构和反应条件的差异，SN有两种机理，即单分子亲核取代反应SN1和双分子亲核取代反应SN2。SN1的过程分为两步：第一步，反应物发生键裂(电离)，生成活性中间体正碳离子和离去基团；第二步，正碳离子迅速与试剂结合成为产物。总的反应速率只与反应物浓度成正比，而与试剂浓度无关。SN2为旧键断裂和新键形成同时发生的协同过程。反应速率与反应物浓度和试剂浓度都成正比。能生成相对稳定的正碳离子和离去基团的反应物容易发生SN1，中心碳

8、原子空间阻碍小的反应物容易发生SN2。如果亲核试剂呈碱性，则亲核取代反应常伴有消除反应，两者的比例取决于反应物结构、试剂性质和反应条件。低温和碱性弱对SN取代有利。②芳族取代反应分芳族亲电取代反应SEAr和芳族亲核取代反应SNAr(S代表取代,N代表亲核,Ar代表芳香)两类，Ar表示芳基。芳烃通过硝化、卤化、磺化和烷基化或酰基化反应，可分别在芳环上引进硝基、卤原子、磺酸基和烷基或酰基，这些都属SEAr。芳环上已有取代基的化合物，取代剂对试剂