評論(0

親核取代反應

標籤: 暫無標籤

1定義

親核取代反應是指有機分子中與碳相連的某原子或基團被作為親核試劑的某原子或基團取代的反應。在反應過程中,取代基團提供形成新鍵的一對電子,而被取代的基團則帶著舊鍵的一對電子離去。
親核取代反應,或稱親核性取代反應,通常發生在帶有正電或部份正電荷的碳上,碳原子被帶有負電或部份負電的親核試劑(Nu:−)進攻,與該碳原子相連的某原子或基團被取代。常分為兩種反應機構:
單分子親核取代反應(SN1)
雙分子親核取代反應(SN2)
這類反應是有機化學中非常重要的一類反應,不論在理論研究中還是在有機合成實際中都是極其有用的一類反應。

2單分子

第一步是原化合物的解離生成碳正離子和離去基團,然後親核試劑與碳正離子結合。由於速控步為第一步,只涉及一種分子,故稱 SN1 反應。
常發生於:
碳上取代基較多(如:(CH3)3CX),使得相應碳正離子的能量更低,更加穩定。同時位阻效應也限制 SN2 機理中親核試劑的進攻。
對碳陽離子生成有利條件:有許多釋電子基團幫助穩定碳陽離子的正電荷(3級碳>2級碳>1級碳),一級碳幾乎不能夠單獨存在,而會立刻和周遭發生化學反應而形成內能更低的分子。
SN1 親核取代反應特點
反應速率決定步驟在於離解一步(第一步),所以根據動力學理論推斷該反應為一級速率反應,反應物。
從立體化學觀點來看,該反應的反應物若為光學異構物之一,則產物反轉機率略大於50%。在碳陽離子形成時,整個分子略呈現平面三角形,親核體可以由平面三角形上下兩側進行攻擊,形成新分子。故理論上反轉機率為50%,但因原先脫離的陰離子影響碳陽離子,故親核劑傾向由反側攻擊形成反轉的產物。
該反應適合在高極性稍有質子性溶劑中進行,高極性有助於利用本身極性帶有的部份負電穩定碳陽離子,稍有質子性溶劑提供質子與較強親核劑(通常是被脫離的)化合有助於反應平衡往產物移動。

3雙分子

較強親核劑直接由背面進攻碳原子,並形成不穩定的一碳五鍵的過渡態,隨後離去基團離去,完成取代反應。
常發生於:
碳原子取代較少(如:CH3X),可較容易使 SN2 反應發生。(原因是碳原子上有烷基取代時會有供電效應使被進攻的碳正電性減弱,且烷基取代會產生空間位阻,阻礙進攻)
對碳正離子生成有不利條件的環境下:有許多拉電子基或較少推電子基(1級碳>2級碳>3級碳)。
SN2 親核取代反應特點
反應速率決定在兩個因素上:強親核劑的濃度高低與反應物的濃度高低,所以根據理論推斷該反應為典型的二級速率反應,反應物親核試劑。
從立體化學觀點來看,該反應反應物若為光學異構物之一,則產物構型翻轉機率為100%(完全反轉),因為只能從反側攻擊,故產物必定反轉。
反應適合在高極性非質子性溶劑中進行,高極性有助於穩定反應中間體,非質子性溶劑則不會與強親核劑化合而導致反應平衡往反應物移動。

4影響因素

1.底物的烴基結構:反應底物的分子烴基中-C上的支鏈越多,SN2的反應越慢。通常,伯碳上最容易發生SN2,仲碳其次,叔碳最難。
2.離去基團 (L):一般來說,離去基團越容易離去,SN2越快。反應時,L是帶著原來與-C公用的一對電子離去的。通常,L 的鹼性愈弱、愈穩定,就愈容易離去。
3.親核試劑(Nu:):親核試劑的親核性愈強, 濃度愈高,反應速度愈快。
4.溶劑的種類:極性溶劑中,sn1反應容易發生。對sn2反應不利。非極性溶劑則相反。碳正離子在極性溶劑中比在非極性溶劑中穩定。sn2的中間體電荷分散,在非極性溶劑中更穩定。
上一篇[氮族元素]    下一篇 [氫砹酸]

相關評論

同義詞:暫無同義詞