脂肪族取代反应精选课件.ppt
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1、关于脂肪族取代反应第一页,本课件共有69页亲核取代反应反应通式:亲核取代反应反应通式:R-X Nu-R-Nu X-R-X Z-Y R-Z X-Y脂肪族化合物的亲核取代脂肪族化合物的亲核取代(1.1)芳香族化合物的亲核置换芳香族化合物的亲核置换(1.4.3)芳环上氢的亲核取代芳环上氢的亲核取代(1.4.2)第二页,本课件共有69页3n在亲核取代反应里,带着一对电子的亲核试剂在亲核取代反应里,带着一对电子的亲核试剂(Nu:)从底物从底物(RX)中取代一个被置换的基团中取代一个被置换的基团(X),X带着其成键电子对离开。反应通式为:带着其成键电子对离开。反应通式为:n最经典的是卤代烷与许多亲核试剂发
2、生亲核取代反应,生成最经典的是卤代烷与许多亲核试剂发生亲核取代反应,生成相应的醇、醚、腈、胺等化合物。具体见课本表相应的醇、醚、腈、胺等化合物。具体见课本表1-1。第三页,本课件共有69页4一一、反应动力学与历程反应动力学与历程n脂肪族亲核取代反应,依据底物、亲核试剂、离脂肪族亲核取代反应,依据底物、亲核试剂、离去基团和反应条件可以按几种不同的机理进行。在去基团和反应条件可以按几种不同的机理进行。在饱和碳原子上的亲核取代反应中,最常见的是饱和碳原子上的亲核取代反应中,最常见的是SNl和和SN2机理。机理。第四页,本课件共有69页51.1 双分子双分子SN2机理机理对卤代烷的水解反应研究较多,以
3、此为例:对卤代烷的水解反应研究较多,以此为例:第五页,本课件共有69页6XNuXNuXNuXNu第六页,本课件共有69页关键过渡态关键过渡态n机理的证明:机理的证明:1)二级动力学:)二级动力学:2)光学活性(即旋光性)物质会发生构型转变。)光学活性(即旋光性)物质会发生构型转变。X第七页,本课件共有69页8n光学活性光学活性 2-碘代辛烷和同位素标记的碘负离子碘代辛烷和同位素标记的碘负离子在丙酮中进行交换反应,形成含有标记碘的对在丙酮中进行交换反应,形成含有标记碘的对映体。映体。第八页,本课件共有69页9第九页,本课件共有69页101.2 单分子单分子SN1机理机理第十页,本课件共有69页1
4、1n叔丁基溴水解生成叔丁醇的反应遵循一级动力学,叔丁基溴水解生成叔丁醇的反应遵循一级动力学,反应速度仅仅取决于叔丁基溴的浓度,而不受反应速度仅仅取决于叔丁基溴的浓度,而不受OH-浓度的影响。浓度的影响。第十一页,本课件共有69页12n由于控制反应速度的一步是单分子,因此这种反应由于控制反应速度的一步是单分子,因此这种反应称称单分子亲核取代反应。单分子亲核取代反应。第十二页,本课件共有69页事实上,事实上,SN1反应往往伴随构型转化产物:反应往往伴随构型转化产物:当当C+不是足够稳定时,由于不是足够稳定时,由于X 的屏蔽效应,的屏蔽效应,Nu:从从 X 背后进攻中心碳原子的机会增大,故构背后进攻
5、中心碳原子的机会增大,故构型转化增多型转化增多。第十三页,本课件共有69页1.3 混合混合SN1和和SN2的机理的机理(了解)了解)n在一组指定的反应条件下,一个指定的底物的某些反应在一组指定的反应条件下,一个指定的底物的某些反应表现表现SN2机理的特征,而另外一些反应却按机理的特征,而另外一些反应却按SN1机理进机理进行,但是时常有些情况似乎是在边缘区域,不容易分行,但是时常有些情况似乎是在边缘区域,不容易分辨。辨。n对于这种情况曾经有两种解释,一种理论认为这种情况对于这种情况曾经有两种解释,一种理论认为这种情况是由于反应机理不是是由于反应机理不是“纯的纯的”SN1,也不是,也不是“纯的纯的
6、”SN2,而是而是“在二者之间在二者之间”的一种机理;另一种理论认为根本的一种机理;另一种理论认为根本没有中间机理,没有中间机理,这种难以确定的情况是由于同时进行的这种难以确定的情况是由于同时进行的SNl和和SN2两种机理引起的,亦即在同一反应混合物中,两种机理引起的,亦即在同一反应混合物中,有的分子按有的分子按SNl机理进行反应,而另外一些分子按机理进行反应,而另外一些分子按SN2机理机理进行反应。进行反应。第十四页,本课件共有69页nSneen提出一个基本机理提出一个基本机理(离子对机理离子对机理)可以把所有的可以把所有的SN1和和SN2反应都容纳进去。作用物首先离解成为中反应都容纳进去。
7、作用物首先离解成为中间离子对,然后再转变为产品:间离子对,然后再转变为产品:nSN1和和SN2机理之间的区别在于:在机理之间的区别在于:在SNl机理中离子对的形成机理中离子对的形成(k1)是速度决定步骤,而在是速度决定步骤,而在SN2机理中离子对的机理中离子对的“消失消失”(k2)是是速度决定步骤。离子对的形成速度和消失速度在同一数量级速度决定步骤。离子对的形成速度和消失速度在同一数量级时,则出现边缘表现。时,则出现边缘表现。第十五页,本课件共有69页16第十六页,本课件共有69页例:例:n光学活性甲烷磺酸光学活性甲烷磺酸-2-辛酯在辛酯在25%1,4二氧六环水溶液二氧六环水溶液中溶剂解,形成
8、中溶剂解,形成2-辛醇,大约辛醇,大约95构型转化。构型转化。n加入加入0.0462M叠氮离子,得到产品的叠氮离子,得到产品的31%是是2-辛基叠辛基叠氮化合物氮化合物(其他其他69%是构型转化了的是构型转化了的2-辛醇辛醇),但是对溶,但是对溶剂解速度剂解速度(原料磺酸酯消失的速度原料磺酸酯消失的速度)也没影响。也没影响。第十七页,本课件共有69页18可行的机理可行的机理SN1第十八页,本课件共有69页1.4 邻位基团机理邻位基团机理(非经典碳正离子机理非经典碳正离子机理)n在某些作用物的亲核取代反应里:在某些作用物的亲核取代反应里:(1)反应速度反应速度比预期的大;比预期的大;(2)在手性
9、碳原子上,构型保持不变,在手性碳原子上,构型保持不变,既不转化也不消旋。在这些情况里,时常是在离去既不转化也不消旋。在这些情况里,时常是在离去基团的基团的-位置位置(有时更远一些有时更远一些)有一个带有未共用电子有一个带有未共用电子对的基团。在这种反应里,运行的机理叫作邻位基团对的基团。在这种反应里,运行的机理叫作邻位基团机理。机理。自学自学第十九页,本课件共有69页第二十页,本课件共有69页溶剂解产物构型不变溶剂解产物构型不变第二十一页,本课件共有69页第二十二页,本课件共有69页23二二、脂肪族亲核取代反应的影响因素脂肪族亲核取代反应的影响因素1.底物结构对反应的影响底物结构对反应的影响n
10、SN1和和SN2之间没有明显的界限,常放在一起讨论。之间没有明显的界限,常放在一起讨论。(1)电子效应)电子效应nSN1机理取决于碳正离子的稳定性。分子的离解机理取决于碳正离子的稳定性。分子的离解能低和离去基团的电子亲和力大有利于单分子机能低和离去基团的电子亲和力大有利于单分子机理。理。第二十三页,本课件共有69页第二十四页,本课件共有69页n诱导效应、共轭效应越强,分子的离解能越低。有利于诱导效应、共轭效应越强,分子的离解能越低。有利于SN1反应。反应。苄基苄基,烯丙基离子烯丙基离子叔丁基离子叔丁基离子仲丙基离子仲丙基离子伯正离子伯正离子第二十五页,本课件共有69页(2)空间效应)空间效应第
11、二十六页,本课件共有69页n对对 SN2 反应来说,反应来说,2-溴异丁烷反应性能比溴甲烷的溴异丁烷反应性能比溴甲烷的小约小约2104倍,而溴代新戊烷的则小约倍,而溴代新戊烷的则小约2.5106倍。倍。n桥头化合物,如双环桥头化合物,如双环2.2.1衍生物无论在衍生物无论在SN2条件条件(强亲核试剂和高浓度强亲核试剂和高浓度)下,或是在下,或是在SN1条件条件(银离子银离子亲电催化亲电催化)下,都是非常不活泼的。下,都是非常不活泼的。第二十七页,本课件共有69页综合电子效应和空间效应各类型结构综合电子效应和空间效应各类型结构SN活性活性第二十八页,本课件共有69页(3)离去基团效应)离去基团效
12、应n离去基团接受负电荷能力越强,越有利于离去基团接受负电荷能力越强,越有利于SN1机理。机理。2-取代异丁烷在取代异丁烷在80%乙醇中,取代基的相对离去能力乙醇中,取代基的相对离去能力第二十九页,本课件共有69页n影响离去基团离去能力的因素在影响离去基团离去能力的因素在SN2中的作用和在中的作用和在SN1中的作用相似。中的作用相似。离去基团对离去基团对SNl和和SN2反应的影响反应的影响第三十页,本课件共有69页2.亲核试剂对反应的影响亲核试剂对反应的影响n一个分子或负离子从碳原子取代离去基团的能力一个分子或负离子从碳原子取代离去基团的能力叫作亲核性。亲核性是给电子能力的函数,也是使叫作亲核性
13、。亲核性是给电子能力的函数,也是使亲核试剂脱离溶剂化需要的能量的函数。亲核试剂脱离溶剂化需要的能量的函数。1)碱性强度与亲核性大小可能不一致。例如,乙)碱性强度与亲核性大小可能不一致。例如,乙氧离子的碱性比碘离子的强,而碘离子的亲核性比氧离子的碱性比碘离子的强,而碘离子的亲核性比乙氧离子的大。乙氧离子的大。n一般情况下,亲核试剂的碱性越强,亲核能力越强。一般情况下,亲核试剂的碱性越强,亲核能力越强。第三十一页,本课件共有69页2)容易极化的亲核试剂的亲核性比较大。)容易极化的亲核试剂的亲核性比较大。3)亲核试剂的体积加大,亲核性差。)亲核试剂的体积加大,亲核性差。4)亲核性与溶剂有关。)亲核性
14、与溶剂有关。n甲醇中甲醇中:I-Br-Cl-DMF中中:Cl-Br-I-第三十二页,本课件共有69页3.溶剂效应对反应的影响溶剂效应对反应的影响对对SN1反应反应:n提高溶剂极性有利于提高溶剂极性有利于SN1反应进行。反应进行。一个中性化合物离解为两个带电荷的离子,溶剂极一个中性化合物离解为两个带电荷的离子,溶剂极性的提高,将稳定正碳离子,使反应速率加快。性的提高,将稳定正碳离子,使反应速率加快。第三十三页,本课件共有69页SN2反应反应:n在过渡态中不产生新的电荷,而且还使电荷分散,溶在过渡态中不产生新的电荷,而且还使电荷分散,溶剂的极性增加,不利于电荷的分散,使反应速度稍有降剂的极性增加,
15、不利于电荷的分散,使反应速度稍有降低。低。XXX在质子型溶剂中:亲核在质子型溶剂中:亲核试剂与溶剂形成氢键,试剂与溶剂形成氢键,由此降低了试剂的亲核由此降低了试剂的亲核性,不利于反应进行。性,不利于反应进行。第三十四页,本课件共有69页35在质子型溶剂中,试剂的亲核性强度顺序为:在质子型溶剂中,试剂的亲核性强度顺序为:RS-ArS-I-CN-OH-N3-Br-ArO-Cl-吡啶吡啶 ArO-H2O第三十五页,本课件共有69页SN2反应常在极性非质子型溶剂中进行。反应常在极性非质子型溶剂中进行。极性非质子型溶剂不能与极性非质子型溶剂不能与 Nu:形成氢键,不能使形成氢键,不能使亲核试剂溶剂化,使
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