医学亲核取代反应课件

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1、第五章第五章 亲核取代反应亲核取代反应Nucleophilic Substitution2010年年4月月20日日医学 亲核取代反应医学 亲核取代反应亲核取代反应通式亲核取代反应通式 离去基团带着离去基团带着一对电子离开一对电子离开亲核试剂带着亲核试剂带着一对电子进攻一对电子进攻中心碳原子中心碳原子医学 亲核取代反应5.1 亲核取代反应类型亲核取代反应类型 医学 亲核取代反应中性底物与中性亲核试剂作用中性底物与中性亲核试剂作用医学 亲核取代反应中性底物与带有负电荷亲核试剂作用中性底物与带有负电荷亲核试剂作用医学 亲核取代反应带正电荷底物与中性亲核试剂作用带正电荷底物与中性亲核试剂作用医学 亲核

2、取代反应带正电荷底物与带负电荷亲核试剂作用带正电荷底物与带负电荷亲核试剂作用医学 亲核取代反应5.2 亲核取代反应机理亲核取代反应机理 医学 亲核取代反应 单分子亲核取代单分子亲核取代 Substitution Nucleophilic Unimolecular SN1反应机理反应机理 医学 亲核取代反应反应分两步进行反应分两步进行 医学 亲核取代反应医学 亲核取代反应例如：例如：二苯基氯甲烷在丙酮的水解反应：二苯基氯甲烷在丙酮的水解反应：按按SN 1 机理进行反应的体系机理进行反应的体系叔卤代烷及其衍生物叔卤代烷及其衍生物被共轭体系稳定的仲卤代烃及其衍生物被共轭体系稳定的仲卤代烃及其衍生物

3、医学 亲核取代反应双双分子亲核取代分子亲核取代Substitution Nucleophilic BimolecularSN2反应机理反应机理 医学 亲核取代反应反应一步进行反应一步进行 医学 亲核取代反应医学 亲核取代反应医学 亲核取代反应离子对机理离子对机理介于介于SN1 与与 SN2 之间的机理之间的机理建立在建立在SN1机理基础之上机理基础之上医学 亲核取代反应95外消旋体83 17医学 亲核取代反应亲核试剂可以进攻亲核试剂可以进攻四种状态的底物四种状态的底物从而得到不同的产物从而得到不同的产物 医学 亲核取代反应1解离的正负离子形成紧密的离子对解离的正负离子形成紧密的离子对整个离子对

4、被溶剂化整个离子对被溶剂化2溶剂介入离子对后溶剂介入离子对后正负离子被溶剂隔开正负离子被溶剂隔开3离解的离子为自由离子离解的离子为自由离子 离子对机理的三个阶段离子对机理的三个阶段 医学 亲核取代反应分子内亲核取代反应机理分子内亲核取代反应机理Intramolecular nucleophilic substitutionSNi机理机理医学 亲核取代反应医学 亲核取代反应医学 亲核取代反应5.3 碳正离子碳正离子医学 亲核取代反应C+重排医学 亲核取代反应+C sp2-sbondCH3+的轨道结构的轨道结构sp2-sp3bond(CH3)3C+的轨道结构的轨道结构1.碳正离子的结构碳正离子的结

5、构医学 亲核取代反应-p超共轭效应超共轭效应医学 亲核取代反应烯丙型正碳离子烯丙型正碳离子p-共轭共轭电子离域电子离域共轭体系的数目越多，正碳离子越稳定共轭体系的数目越多，正碳离子越稳定医学 亲核取代反应共轭体系上连有共轭体系上连有给电子基团使正碳离子稳定性增加给电子基团使正碳离子稳定性增加吸电子基团使其稳定性减弱吸电子基团使其稳定性减弱医学 亲核取代反应环丙甲基正离子环丙甲基正离子比苄基正离子稳定比苄基正离子稳定医学 亲核取代反应中心碳原子上空中心碳原子上空p轨道轨道与环丙基中弯曲轨道与环丙基中弯曲轨道进行侧面交盖进行侧面交盖使正电荷分散使正电荷分散CH2CH2CH2空的空的 p 轨道与弯曲

6、轨道的交盖轨道与弯曲轨道的交盖随着丙基的数目增多随着丙基的数目增多正碳离子稳定性提高正碳离子稳定性提高环丙甲基正离子的结构环丙甲基正离子的结构医学 亲核取代反应氧未共有电子对的氧未共有电子对的p 轨道轨道与碳原子上空与碳原子上空p轨道交盖轨道交盖电子对离域使正电荷分散电子对离域使正电荷分散医学 亲核取代反应乙烯型正碳离子：乙烯型正碳离子：+苯基正离子：苯基正离子：碳碳原子进行原子进行sp2杂化杂化p轨道用于形成轨道用于形成键键空的是空的是sp2杂化轨道杂化轨道使正电荷集中使正电荷集中稳定性差稳定性差医学 亲核取代反应溶剂效应溶剂效应溶剂的诱导极化作用溶剂的诱导极化作用利于底物的解离利于底物的解

7、离使碳正离子稳定使碳正离子稳定极性溶剂：溶剂化作用极性溶剂：溶剂化作用 强，利于底物的解离强，利于底物的解离空的空的 p 轨道轨道易于溶剂化易于溶剂化医学 亲核取代反应2.碳正离子的生成碳正离子的生成 直接离子化直接离子化医学 亲核取代反应 不饱和键的加成不饱和键的加成 医学 亲核取代反应由其它正离子转化而生成由其它正离子转化而生成医学 亲核取代反应常见的超酸常见的超酸与与100H2SO4的酸性比较的酸性比较HSO3F(氟硫酸氟硫酸)1000倍HSO3F-SbF5(魔酸魔酸)1013倍HF-SbF51016倍在超酸中制备碳在超酸中制备碳正离子溶液正离子溶液比比100硫酸硫酸更强的酸更强的酸医学

8、 亲核取代反应 很多正碳离子结构与稳定性研究是在超酸介质中很多正碳离子结构与稳定性研究是在超酸介质中叔丁醇在下列条件下完全转变成叔丁基正离子叔丁醇在下列条件下完全转变成叔丁基正离子医学 亲核取代反应 Nonclassical carbocation键键由于由于键和键和键键邻基参与而形成邻基参与而形成C活性中间体活性中间体正电荷通过正电荷通过非烯丙位双键非烯丙位双键或单键发生离域或单键发生离域3.非经典非经典正碳离子正碳离子医学 亲核取代反应1)键参与的非经典正碳离子键参与的非经典正碳离子 2电子电子3中心体系中心体系 反反-7-原冰片烯基对甲苯磺酸酯在乙酸中的原冰片烯基对甲苯磺酸酯在乙酸中的溶

9、剂解的速度比相应的饱和化合物大溶剂解的速度比相应的饱和化合物大 1011倍倍医学 亲核取代反应+医学 亲核取代反应2)键参与的非经典碳正碳离子键参与的非经典碳正碳离子 外型原冰片醇的对溴苯磺酸酯外型原冰片醇的对溴苯磺酸酯溶剂解速度溶剂解速度比相应的内型化合物大比相应的内型化合物大350倍倍医学 亲核取代反应5.4 反应的立体化学反应的立体化学 医学 亲核取代反应SN2机理：机理：试剂从离去基团的背后进攻中心碳原子试剂从离去基团的背后进攻中心碳原子产物发生构型转化产物发生构型转化Walden转化转化医学 亲核取代反应(R)-(-)-2 溴溴辛烷辛烷25D=-34.25 对映体的纯度对映体的纯度=

10、100%(S)-(-)-2-辛醇辛醇25D=-9.90 对映体的纯度对映体的纯度=100%构型翻转构型翻转 医学 亲核取代反应SN1机理机理 试剂从正碳离子的两面进攻中心碳原子试剂从正碳离子的两面进攻中心碳原子形成一对外消旋产物形成一对外消旋产物消旋化消旋化(Racemization)医学 亲核取代反应丙酮（R）-3-甲基-3-己醇 （S）-3-甲基-3-己醇（S）-3-溴-3-甲基己烷医学 亲核取代反应正碳离子越稳定，消旋化程度越大正碳离子越稳定，消旋化程度越大 医学 亲核取代反应事实上，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：当正碳离子当正碳离子不是足够稳定时不是足够稳定时由于由于L的屏蔽效应的屏蔽效应Nu:从从 L背后进攻中心碳原子的机会增大背后进攻中心碳原子的机会增大故构型转化增多故构型转化增多医学 亲核取代反应医学 亲核取代反应体系中加入吡啶游离的亲核试剂构型翻转医学 亲核取代反应SNi产物的构型保持SN2产物的构型发生翻转SN1产物消旋化反应机理立体化学特征医学 亲核取代反应医学 亲核取代反应