第8章 sp3雜化碳原子的親核取代反應(yīng)

1、sp3雜化碳原子的親核取代反應(yīng)雜化碳原子的親核取代反應(yīng)Nucleophilic Substitutions at sp3 Hybridized Carbon第八章第八章本章重點(diǎn)內(nèi)容本章重點(diǎn)內(nèi)容1、SN1 和和 SN2 反應(yīng)的反應(yīng)的機(jī)理機(jī)理、影響因素影響因素和和立體化學(xué)立體化學(xué)2、SN1 與與 SN2 反應(yīng)的反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)問題競(jìng)爭(zhēng)問題3、SN1 和和 SN2 反應(yīng)在反應(yīng)在合成上的應(yīng)用合成上的應(yīng)用 （1）官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化；（）官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化；（2）C - C 鍵的形成鍵的形成親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng) (nucleophilic substitution reactions) 親核試劑進(jìn)攻中心碳原子，

2、離去基團(tuán)親核試劑進(jìn)攻中心碳原子，離去基團(tuán)帶著一對(duì)電子離去的反應(yīng)帶著一對(duì)電子離去的反應(yīng)親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)Nu+CLCNu + L CX 的極化的極化: : 親核試劑親核試劑(nucleophile), Nu RO-, OH-, CN-, ROH, H2O, NH3。 離去基團(tuán)離去基團(tuán)(leaving group), LCX親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)Nucleophilic Substitution ReactionR-X+H2OR-OH+HX(CH3)3C-X80% EtOHkinetic10102nd-order1st-orderk /10-5s-1(CH3)2CH-Xreaction o

3、rderreaction order k /10-5mol-1 L s-1CH3-X0.350.140.2480% EtOH + HO-21401704.75-CH3CH2-Xtwo stereoisomerssteriochemistryinversion of configuration實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)事實(shí)事實(shí)預(yù)示兩種不同的機(jī)理預(yù)示兩種不同的機(jī)理兩種不同的親核取代反應(yīng)機(jī)理兩種不同的親核取代反應(yīng)機(jī)理 SN1 和和 SN2l雙分子親核取代反應(yīng)（雙分子親核取代反應(yīng)（SN2）l單分子親核取代反應(yīng)（單分子親核取代反應(yīng)（SN1）Nu+CX + -CNu+X-CX + -C+X-C+Nu+CNuSN1 和和 S

4、N2 反應(yīng)的影響因素反應(yīng)的影響因素l底物底物 RX（以鹵代烴和磺酸酯為代表（以鹵代烴和磺酸酯為代表)l離去基團(tuán)離去基團(tuán) X-l親核試劑親核試劑 :Nu or :Nu-l溶劑溶劑Nu+CXCNu+X- 一級(jí)反應(yīng)一級(jí)反應(yīng), v = k RX 兩步反應(yīng)兩步反應(yīng), 限速步驟是碳正離子的形成限速步驟是碳正離子的形成 SN1 反應(yīng)的機(jī)理反應(yīng)的機(jī)理 SN1 反應(yīng)的機(jī)理反應(yīng)的機(jī)理1) The Substrate（底物）底物） 鹵代烴和磺酸酯鹵代烴和磺酸酯的的SN1反應(yīng)活性順序基反應(yīng)活性順序基本上與本上與碳正離子的穩(wěn)定性碳正離子的穩(wěn)定性順序相同順序相同:CH3 10 Allyl Benzyl 20 30 SN1

5、 反應(yīng)的影響因素反應(yīng)的影響因素CCXAr-XX注意：下列化合物發(fā)生注意：下列化合物發(fā)生S SN N1 1反應(yīng)比反應(yīng)比CHCH3 3X X慢慢2) The Leaving Group（離去基團(tuán)）離去基團(tuán)） 離去基團(tuán)離去離去基團(tuán)離去傾向傾向越大越大，則反應(yīng)活性越高；，則反應(yīng)活性越高；常見離去基團(tuán)在常見離去基團(tuán)在SN1 反應(yīng)中的離去傾向：反應(yīng)中的離去傾向：H2O Cl - Br - a b c除除D外均可能不同外均可能不同SN2 反應(yīng)的機(jī)理反應(yīng)的機(jī)理HO-HTsClPyridineHOTs a = +33.0 0 a = +31.1 0AcO H a = - 7.06 0HOAc a = + 7.0

6、6 0H-OH a = - 33.0 0CH3COO -H2O OH -TsOH a = - 33.0 0PyridineTsClCH3COO -H2O OH -實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)事實(shí)事實(shí) 1The Walden Inversion實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)事實(shí)事實(shí) 2HOCCH2CHCOHPCl3HOCCH2CHCOHHOCCH2CHCOHHOCCH2CHCOHPCl3OHOOEtherClOO( - ) - Malic acid aD = - 2.30( + ) - Chlorosuccinic acidOHOO( + ) - Malic acid aD = + 2.30ClOO( - ) - Chlorosucci

7、nic acidAg2O, H2OAg2O, H2OEther 1920s, Joseph Kenyon 和和 Henry Phillips 開始了一系列的研開始了一系列的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10 和和 20 鹵代烴或磺酸鹵代烴或磺酸酯在發(fā)生取代反應(yīng)中，均發(fā)生構(gòu)型酯在發(fā)生取代反應(yīng)中，均發(fā)生構(gòu)型的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化 SN2 反應(yīng)的機(jī)理反應(yīng)的機(jī)理l一步反應(yīng)一步反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)為，動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)為二級(jí)反應(yīng)二級(jí)反應(yīng)l親核試劑是從離去基團(tuán)的親核試劑是從離去基團(tuán)的背面進(jìn)攻背面進(jìn)攻 因此發(fā)生因此發(fā)生構(gòu)型的轉(zhuǎn)化構(gòu)型的轉(zhuǎn)化1) Substrate（底物）底物） Steric Effects SN2 反應(yīng)的影響因素反應(yīng)

8、的影響因素1) Substrate（底物）底物） Steric EffectsHCBrHHH3CCBrHHH3CCBrH3CHH3CCBrH3CH3C SN2 反應(yīng)的影響因素反應(yīng)的影響因素SN2反應(yīng)活性反應(yīng)活性: methyl 10 20 30Nu-LLNu-卞基和烯苯基鹵代烴比卞基和烯苯基鹵代烴比CH3X 快快苯基、乙烯基型和橋頭鹵代烴比苯基、乙烯基型和橋頭鹵代烴比30鹵代烴慢鹵代烴慢CCXAr-XX. .位阻大2) The leaving Group（離去基團(tuán)）離去基團(tuán)）l離去基團(tuán)的離去傾向越大，離去基團(tuán)的離去傾向越大，SN2 反應(yīng)活性越高。反應(yīng)活性越高。 l離去基團(tuán)的離去基團(tuán)的堿性越弱堿

9、性越弱，則，則離去傾向越大離去傾向越大。 lRelative reactive（反應(yīng)活性）反應(yīng)活性）: OH-, NH2-, OR-, F- Cl- Br- I- -NH2 HO- F-；帶負(fù)電荷基團(tuán)的親核性強(qiáng)于中性基團(tuán)帶負(fù)電荷基團(tuán)的親核性強(qiáng)于中性基團(tuán) HO- H2O； CH3O- CH3OH； -NH2 NH3； SN2 反應(yīng)的影響因素反應(yīng)的影響因素3) Nucleophile (親核試劑親核試劑 )在在質(zhì)子性溶劑質(zhì)子性溶劑中，中，同一族元素的原子同一族元素的原子隨周期數(shù)的增加親隨周期數(shù)的增加親核性增加核性增加 (堿性降堿性降低）低）。原因：原因：原子可極化性原子可極化性 和溶劑化效應(yīng)和溶劑

10、化效應(yīng)在在非質(zhì)子溶劑非質(zhì)子溶劑中中順序剛好相反順序剛好相反 SN2 反應(yīng)的影響因素反應(yīng)的影響因素原子半徑越大，可極化性越大，易成鍵。原子半徑越大，可極化性越大，易成鍵。4) The Solvent （溶劑）（溶劑）lProtic solvents (質(zhì)子性溶劑質(zhì)子性溶劑) 含有含有 -OH 或或 -NH 不利于不利于SN2 反應(yīng)反應(yīng)原因：原因：質(zhì)子性溶劑質(zhì)子性溶劑使親核使親核試劑試劑陰離子溶劑化陰離子溶劑化，即發(fā)，即發(fā)生離子偶極相互作用，生離子偶極相互作用，親核性降低親核性降低。堿性越強(qiáng)堿性越強(qiáng)，親核性降低親核性降低越大。越大。 SN2 反應(yīng)的影響因素反應(yīng)的影響因素In protic solv

11、ents, the weaker the basicity of nucleophile, the stronger the nucleophilicity.4) The Solvent （溶劑）溶劑） lAprotic polar solvents（非質(zhì)子極性溶劑）非質(zhì)子極性溶劑） 極性很強(qiáng)，但不含有極性很強(qiáng)，但不含有-OH 或或 -NH acetonitrile(CH3CN), dimethylformamideHCON(CH3)2, DMF dimethyl sulfoxide (CH3)2SO, DMSO, hexamethylphosphoramide (CH3)2N3PO, HMP

12、A 有利于有利于SN2 反應(yīng)反應(yīng) 原因：原因：非質(zhì)子極性溶劑非質(zhì)子極性溶劑只能讓陽離子溶劑化只能讓陽離子溶劑化，從而，從而使親核試劑使親核試劑負(fù)離子負(fù)離子“裸露裸露”，親核性親核性增大。增大。 SN2 反應(yīng)的影響因素反應(yīng)的影響因素N3 -N3 - CH2CH2CH2CH 3 + Br -+ CH 3CH2CH2CH2 - BrSolvent CH3OH H2O DMSO DMF CH3CN HMPArelativereactivity 1 7 1,300 2,800 5,000 200,000 More reactiveLessreactiveDMSOlThe SN2 reaction is

13、worst when carried out with a hindered substrate, a poor leaving group, a neutral nucleophile, and a protic solvent. 即位阻大的底物、難離去基團(tuán)、中性（弱的）即位阻大的底物、難離去基團(tuán)、中性（弱的）親核試劑、和質(zhì)子性溶劑不利于親核試劑、和質(zhì)子性溶劑不利于SN2反應(yīng)反應(yīng)Summary about SN2Summary about SN2HinderedsubstrateUnhinderedsubstratePoor leavinggroupGood leavinggroupPoor

14、nucleophileGoodnucleophileProticsolventpolar aproticsolventFor each of the following pairs of SN2 reactions, indicate which occurs with the larger rate constant?CH3CH2Br + H2O or CH3CH2Br + HO-(CH3)2CHCH2Br + HO- or CH3CH2CH(CH3)Br + HO-CH3CH2Cl + CH3O- or CH3CH2Cl + CH3S-CH3CH2Cl + I- or CH3Br + I-

15、 Exercise refer to SN2 SN2 和和 SN1 的競(jìng)爭(zhēng)問題的競(jìng)爭(zhēng)問題l SN1 和和 SN2 反應(yīng)的比較反應(yīng)的比較SN2 和和 SN1 的競(jìng)爭(zhēng)問題的競(jìng)爭(zhēng)問題 SN2 SN1R in Substrate 1. methyl and 10 2. 20 3. 10 & 20 benzylic, allylic 4. 30 5. Vinylic and aryl Nucleophile good poor high conc. Low conc.Solvent DMSO H2O or acetone or ROHSN2 和和 SN1 的競(jìng)爭(zhēng)問題的競(jìng)爭(zhēng)問題 SN2 SN1R

16、in Substrate 1. methyl and 10 2. 20 3. 10 & 20 benzylic, allylic 4. 30 5. Vinylic and aryl Nucleophile good poor high conc. Low conc.Solvent DMSO H2O or acetone or ROHSN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用1. 實(shí)現(xiàn)官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)官能團(tuán)的相互轉(zhuǎn)化2. C C 鍵的形成鍵的形成SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用R X(or ROTs)SN1或SN2R OR R SH R SR

17、R CNR NR2PR2RR NH2R NHRRC RCR CRHR CH2NH2R CONH2R COOH水解官官能能團(tuán)團(tuán)的的相相互互轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化CC鍵鍵形形成成與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化 從從鹵代烴轉(zhuǎn)化為醇鹵代烴轉(zhuǎn)化為醇的反應(yīng)的反應(yīng)SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用EtOH-H2OSN1R X- OH / H2OSN2R OHfor 10 RXfor 30, 20 RX- OH / DMSOSN2for 20 RX 從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴常在醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴常在酸性條件酸性條件下進(jìn)行，因?yàn)榱u基下進(jìn)行，因?yàn)榱u基不是一個(gè)好的離去基團(tuán)。不是一個(gè)好的離去基團(tuán)

18、。多數(shù)為多數(shù)為SN1反應(yīng)反應(yīng)。SN1是是兩步兩步反應(yīng)，以動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，以動(dòng)力學(xué)一級(jí)一級(jí)反應(yīng)、反應(yīng)、外消旋化和重排外消旋化和重排反應(yīng)為反應(yīng)為特征，未完全外消旋化的反應(yīng)可以用特征，未完全外消旋化的反應(yīng)可以用離子對(duì)機(jī)理離子對(duì)機(jī)理加以解釋；加以解釋；SN2是是一步一步反應(yīng)，以動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，以動(dòng)力學(xué)二級(jí)二級(jí)反應(yīng)、反應(yīng)、構(gòu)型轉(zhuǎn)化構(gòu)型轉(zhuǎn)化為特征。為特征。H+R OHSN1 for most 20 and 30 , Allyl and Benzyl RX ; SN2 for most 10 RXR OH2X-R-XCH3HBrCH3HOHCH3HBrCH3HBr( meso )CH3HBrCH3HOHCH3HBr

19、CH3BrHCH3BrHCH3HBr+( racemic mixture )threoerythroHBrHBr鄰基參與效應(yīng)鄰基參與效應(yīng) 從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)構(gòu)型保持構(gòu)型保持構(gòu)型保持構(gòu)型保持（兩個(gè)手性碳（兩個(gè)手性碳構(gòu)型同時(shí)轉(zhuǎn)化）構(gòu)型同時(shí)轉(zhuǎn)化）赤式赤式蘇式蘇式OHHCH3BrHCH3OHHCH3H3CBrHCH3HBrCH3HOHCH3HBrCH3HBrBrH3CHBrH3CHBrHCH3BrHCH3BrHCH3H3CBrHCH3HBrBrH3CHBr-bOH2HCH3H3CBrH+HCH3H3CBrHaHCH3BrCH3BrHba(meso) 從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)從醇

20、轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)鄰基參與效應(yīng)鄰基參與效應(yīng)溴溴鎓鎓 離子離子背面進(jìn)攻背面進(jìn)攻將一個(gè)將一個(gè)CH3更換成更換成CH2CH3，則得到一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體則得到一對(duì)對(duì)映異構(gòu)體R-OHR-OMsR-OTsR-XKXMsCl, Et3NCH2Cl2TsClPyridineCH3SOOCH3SOOTsCl:MsCl:ClCl 從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)其它途徑其它途徑經(jīng)過磺酸酯經(jīng)過磺酸酯 從從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)的反應(yīng)其它途徑其它途徑SOCl2作試劑作試劑CRRRO H+SOClClCRRROSOClNCRClRRCRClRRSO2CRRROS OClCl-+NHSN2+SO2+C

21、l- HCl無吡啶SNi+構(gòu)型保持構(gòu)型保持構(gòu)型反轉(zhuǎn)構(gòu)型反轉(zhuǎn) 從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)其它途徑其它途徑PCl3 或或PBr3作試劑作試劑PBrBrBrHOR-Br , -HR BrSN2PBrBrORHOR-Br , -HPBrORORHOR-Br , -HPROOROBrRPROORO+SN2PHOOROBrRPHOOROR Br+POOHOHRBrPHOOHOR Br+ 從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)從醇轉(zhuǎn)化為鹵代烴的反應(yīng)方法小結(jié)方法小結(jié)HXSOCl2PCl3 or PBr3R-XR OHR OHR XR OHR XSN1 for most 20 and 30 , Allyl a

22、nd Benzyl RX ; SN2 for most 10 RX( SNi )SN2R-OTs or R-OMsR OHHXR-XTsCl or MsClNo Pyridine, SNiPyridine existed, SN2 Williamson 醚合成醚合成Question:How to synthesize the following ether?RONa + RClRORCOCH3H3CCH3CH2CH3abSN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用lThe answer is path a is betterCONaCH3H3CCH3COCH2CH3CH3H3CC

23、H3CBrCH3H3CCH3COCH2CH3CH3H3CCH3+ NaOCH2CH3+ BrCH2CH3abSN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用 Williamson 醚合成醚合成因?yàn)榇尖c是一個(gè)強(qiáng)堿，因?yàn)榇尖c是一個(gè)強(qiáng)堿，30鹵代烴容易發(fā)生消去反應(yīng)鹵代烴容易發(fā)生消去反應(yīng)Why?C CH2OCH2CH3CH3CH3CH3How about the other ether:SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用 Williamson 醚合成醚合成Sulfonate esters （磺酸酯）磺酸酯）can be usedin the Williamson et

24、her synthesisOHMsClEt3N, CH2Cl2OMsNaO:NaO+Na OMsSN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用 Williamson 醚合成：經(jīng)磺酸酯醚合成：經(jīng)磺酸酯 關(guān)鍵在于合成關(guān)鍵在于合成硫醇硫醇時(shí)需控制時(shí)需控制硫醚硫醚的生成的生成SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用硫醇和硫醚的合成硫醇和硫醚的合成RSHRXRSHRXRSRRX + KSHRSH + HS -RS - + H2Sk1k2是否能以高產(chǎn)率獲得是否能以高產(chǎn)率獲得B取決于反應(yīng)取決于反應(yīng)1和反應(yīng)和反應(yīng)2的相對(duì)速率（的相對(duì)速率（the relative rates k1

25、 and k2）When k1 k2, B can be obtained in good yield through control of the reaction timeWhen k1 k2），因此，通過使用過量的因此，通過使用過量的NaSH可以主要得到硫醇可以主要得到硫醇（thiol）SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用硫醇和硫醚的合成硫醇和硫醚的合成硫醇容易氧化生成二硫鍵化合物硫醇容易氧化生成二硫鍵化合物RSHRXRSHRXRSRRX + KSHRSH + HS -RS - + H2Sk1k2An alternative method for the forma

26、tion of thiol （硫醇）硫醇）is the reaction of the anion of thiolacetic acid（硫代乙酸）硫代乙酸） with alkyl halides （鹵代烴）鹵代烴）to form thiol ester（硫醇酯）硫醇酯） Hydrolysis （水解）水解）of the thiol ester （硫醇硫醇酯）酯）, the designed product thiol （硫醇）硫醇） can be obtained in good yieldSHOSOS-CH3ONaOHCH3-Br( SN2 )OHOHClH2OCH3-SH +SN1 和

27、和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用硫醇和硫醚的合成硫醇和硫醚的合成 胺的制備胺的制備 ：N-烷基化反應(yīng)烷基化反應(yīng)問題在于難以控制反應(yīng)問題在于難以控制反應(yīng)停留在適當(dāng)階段，停留在適當(dāng)階段，得到混合胺得到混合胺SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用R-XH3NH3NH3N + R-XSN2H3+NR X -RNH2 + H4N+ - XR2+NH2 - XR2NH +H4N+ - X . . . . . . 10 amine20 amineIt can be further translated to 30 amine or 40ammonnium salt伯胺比氨

28、具有更好的親核性伯胺比氨具有更好的親核性仲胺比伯胺具有更好的親核性仲胺比伯胺具有更好的親核性思考：如何合成仲胺和叔胺呢？思考：如何合成仲胺和叔胺呢？NHOO- OHN -OON-ROORXH2N-NH2NHNHOOR-NH2 + SN2SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用 胺的制備胺的制備 ：N-烷基化反應(yīng)烷基化反應(yīng)GabrielGabriel合成法合成法這是一個(gè)這是一個(gè)制備伯胺制備伯胺的好方法的好方法 胺的制備胺的制備 ：通過醇的磺酸酯通過醇的磺酸酯CH3HOHCH2CH3N -OOTsClCH3HOTsCH2CH3CH3HCH2CH3NOOCH3H2NHCH2CH3H

29、2N-NH2SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用從從鹵代烴鹵代烴出發(fā)制備出發(fā)制備膦類膦類似于胺的制備似于胺的制備注意：注意：膦的親核性膦的親核性還強(qiáng)于相應(yīng)的還強(qiáng)于相應(yīng)的胺胺SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用膦膦的制備的制備PH3RXR3PPh3PRCH2XPh3P-CH2RXBPh3P-CHR 應(yīng)用含碳親核試劑實(shí)現(xiàn)應(yīng)用含碳親核試劑實(shí)現(xiàn)C-C鍵的形成鍵的形成1、 含碳親核試劑與雜原子親核試劑的特點(diǎn)含碳親核試劑與雜原子親核試劑的特點(diǎn)l由于含碳親核試劑的由于含碳親核試劑的強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性，使得它們，使得它們?nèi)菀兹菀走M(jìn)攻碳上的氫進(jìn)攻碳上的氫而而引起消去反應(yīng)引起

30、消去反應(yīng)，因此它們更，因此它們更多地用于對(duì)多地用于對(duì)sp2-雜化碳的親核加成，而較少雜化碳的親核加成，而較少用于對(duì)用于對(duì)sp3-雜化碳的親核取代。雜化碳的親核取代。l大多數(shù)含碳親核試劑很大多數(shù)含碳親核試劑很活潑活潑，在空氣中和水，在空氣中和水的存在下難以穩(wěn)定存在，因此對(duì)反應(yīng)條件提的存在下難以穩(wěn)定存在，因此對(duì)反應(yīng)條件提出了更高的要求。出了更高的要求。SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用2、含碳親核試劑的制備及應(yīng)用含碳親核試劑的制備及應(yīng)用碳親核試劑主要有以下幾種：碳親核試劑主要有以下幾種：1) sp-雜化碳試劑雜化碳試劑： RCC- ， - CNlRCC-主要是通過酸堿反應(yīng)獲

31、得主要是通過酸堿反應(yīng)獲得l炔基負(fù)離子與鹵代烴或磺酸酯反應(yīng)是合成炔基負(fù)離子與鹵代烴或磺酸酯反應(yīng)是合成炔烴的良好方法炔烴的良好方法RCCHpKa 25NH2NaRCC:NaR-XRCCRl-CN 作親核試劑作親核試劑腈和羧酸的制備腈和羧酸的制備l一級(jí)鹵代烷一級(jí)鹵代烷與氰化鈉反應(yīng)得腈后水解是與氰化鈉反應(yīng)得腈后水解是制備增長一個(gè)碳的羧酸制備增長一個(gè)碳的羧酸的好方法的好方法l三級(jí)鹵代烷易發(fā)生消去反應(yīng)，二級(jí)鹵代三級(jí)鹵代烷易發(fā)生消去反應(yīng)，二級(jí)鹵代烷的氰基化反應(yīng)產(chǎn)率不高烷的氰基化反應(yīng)產(chǎn)率不高l腈的控制水解是一種腈的控制水解是一種制備增長一個(gè)碳的制備增長一個(gè)碳的酰胺酰胺的方法的方法.2、含碳親核試劑的制備及應(yīng)用

32、含碳親核試劑的制備及應(yīng)用H2O完全水解-CNSN2RXorROSO2RH2OH2控制水解CatRCONH2RCH2NH2RCOOHR CN2) 有機(jī)金屬化合物有機(jī)金屬化合物 (Organometallic Compounds)lRLi（金屬鋰試劑），金屬鋰試劑），RMgX（格氏試劑）格氏試劑）are formed by treatment of an alkyl halide or aryl halide with a zero-valent metal, lithium or magnesium. lR2CuLi（二烷基銅鋰試劑）二烷基銅鋰試劑） are formed by treatmen

33、t of an organolithium compound with a one-valent metal salt - copper iodide2、含碳親核試劑的制備及應(yīng)用含碳親核試劑的制備及應(yīng)用SN1 和和 SN2 反應(yīng)在合成上的應(yīng)用反應(yīng)在合成上的應(yīng)用2) Organometallic CompoundsTHFCl2 LiLiLiCl+苯基鋰Et2O+BrMgMgBr丁基溴化鎂Li+CuICu+LiICuLi二丁基銅二丁基銅鋰22lThe metal atoms in organometallic compounds coordinate particularly well with

34、the oxygen atoms of ethers. lTherefore, ether such as THF or ethyl ether are commonly used as solvents for both the formation of organometallic reagents and their subsequent reactions.2) Organometallic CompoundslOrganomagnesium compounds are commonly called Grignard Reagents （格氏試劑）（格氏試劑） in recognit

35、ion of the French chemist Francois Victor Grignard, who was honored in 1912 with the Nobel prize for his discovery of this class of compounds. 2) Organometallic Compoundsthey are very strong bases and promote elimination reactionWith Epoxides SN2 reactionlIt is a good path way to obtain primary alco

36、hol with increasing two carbon atoms.Reactions of Organolithium ( RLi) and Organomagnesium ( RMgX) CompoundsWith Epoxides SN2 reactionlIt is a good path way to obtain primary alcohol with increasing two carbon atoms.Reactions of Organolithium ( RLi) and Organomagnesium ( RMgX) CompoundsLiOEtherOLiH2

37、OOHMgBrOEtherOMgBrH2OOHORMgX-ORH2OHOROHClOHCl-HOCl思考題：思考題：1、前述醚類溶劑是有機(jī)金屬試劑的穩(wěn)定劑，環(huán)氧、前述醚類溶劑是有機(jī)金屬試劑的穩(wěn)定劑，環(huán)氧化合物也是醚類，但是其中的化合物也是醚類，但是其中的 C-O 鍵較弱，為什么？鍵較弱，為什么？ But the C-O bonds of epoxides are weakened by the complexation betwwen the metal acting as a Lewis acid and the oxygen acting as a Lewis base.環(huán)張力環(huán)張力2、醚

38、類溶劑對(duì)有機(jī)金屬化合物的穩(wěn)定作用是如、醚類溶劑對(duì)有機(jī)金屬化合物的穩(wěn)定作用是如何實(shí)現(xiàn)的？何實(shí)現(xiàn)的？醚類溶劑中的氧與金屬的絡(luò)合作用醚類溶劑中的氧與金屬的絡(luò)合作用With compounds containing active-proton group(OH, NH, COOH)l制備中需要徹底制備中需要徹底除去水分除去水分，不能有，不能有醇醇、胺胺、羧酸羧酸等存在的原因所在。等存在的原因所在。 lReduction of Alkyl HalideslIsotopic LabelingMgBrBrHMgEtherH2OHBr2 LiHLiD2OHD2) Organometallic Compound

39、sLithium DialkylcuprateslUnlike the organolithium reagents, lithium dialkylcuprates are excellent nucleophiles in reactions with alkyl halides and alkyl sulfonate esters. lAryl halides and vinyl halides also react with them to form C-C bonds. l構(gòu)型得以保持構(gòu)型得以保持2) Organometallic Compounds2) Organometallic

40、 CompoundsBrCu2CH2OMsCH2RBrRBrRLiR2CuLiR2CuLiR2CuLil有機(jī)金屬化合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用有機(jī)金屬化合物在有機(jī)合成中的應(yīng)用越來越廣，特別是在不對(duì)稱合成中的越來越廣，特別是在不對(duì)稱合成中的應(yīng)用。應(yīng)用。l它們也廣泛地用于它們也廣泛地用于親核加成反應(yīng)親核加成反應(yīng) （第十三章）（第十三章） 醚與醚與HI，HBr的親核取代反應(yīng)的親核取代反應(yīng)SN1機(jī)理的實(shí)例：機(jī)理的實(shí)例： 醚（環(huán)醚）的親核取代反應(yīng)醚（環(huán)醚）的親核取代反應(yīng)+ HIH3C CCH3CH3O CH3H3C CCH3CH3HO CH3H3C CCH3CH3HO CH3SN1H3C CCH3CH33o

41、碳正離子I-HOCH3H3C CCH3CH3I烷氧鍵的斷裂順序是：烷氧鍵的斷裂順序是：3 2 2 1 1烷基烷基 芳基。芳基。 醚與醚與HI，HBr的親核取代反應(yīng)的親核取代反應(yīng)SN2機(jī)理的實(shí)例：機(jī)理的實(shí)例： 醚（環(huán)醚）的親核取代反應(yīng)醚（環(huán)醚）的親核取代反應(yīng)SN2I-CH3OCH2CH2CH3HIOCH2CH3CH3H3CHCH3I + HOCH2CH2CH3由于：由于：2和和3烴基的醚更多傾向烴基的醚更多傾向SN1反應(yīng)，反應(yīng)， 而而SN1反應(yīng)相對(duì)于反應(yīng)相對(duì)于SN2反應(yīng)速度較快，反應(yīng)速度較快，因此：因此：多數(shù)多數(shù)不對(duì)稱醚在發(fā)生烷氧鍵斷裂時(shí)，不對(duì)稱醚在發(fā)生烷氧鍵斷裂時(shí)， 優(yōu)先順序與優(yōu)先順序與SN1

42、反應(yīng)中順序相同，反應(yīng)中順序相同， 即即3 2 2 1 1烷基烷基 芳基。芳基。 OCH2CH3HIOHICH2CH3+SN2I-CH3OCH2CH2CH3HIOCH2CH3CH3H3CHCH3I + HOCH2CH2CH3HIICH2CH2CH3 1，2-環(huán)氧化合物的開環(huán)反應(yīng)環(huán)氧化合物的開環(huán)反應(yīng)1 1，2-2-環(huán)氧化合物可以在環(huán)氧化合物可以在酸性酸性或者或者堿性堿性條件下條件下與多種親核試劑發(fā)生反應(yīng)。與多種親核試劑發(fā)生反應(yīng)。醚（環(huán)醚）的親核取代反應(yīng)醚（環(huán)醚）的親核取代反應(yīng)CHCH2O：CHCH2HO：H+CH3OHH3CH3CCH3CHCH2OHOCH3+CH3CHCH2OCH3OH2-甲氧基-1-丙醇1-甲氧基-2-丙醇主要產(chǎn)物次要產(chǎn)物OH3CH2CH3C+(S)-2-甲基-1，2-環(huán)氧丁烷：