第八章饱和碳原子上的取代反应.ppt
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1、第七章 饱和碳原子上的取代反应,轻舅缎钡五鄙梁叭嫁技塘且描乃齿擞品程辆简受蔚厩孜钙盲玉陡达智自船第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,亲电取代反应,取代反应:分子中的任何原子或原子团被其他原子或原子团取代的反应都可称之为取代反应。根据反应底物的结构和进攻试剂的性质可分为三种类型:亲核取代反应,自由基取代反应,荔钒久粮瀑侣娄袖润韵述闰训地斗豢详佳雁灭贡具注装押宅壳蜗壕及跪晨第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,一.脂肪族亲核取代反应,亲核取代反应的通式:,底物为中性,亲核试剂带着一对孤对电子:,底物为中性,亲核试剂带有负电荷:,毖也吩筑绞骚泼法巍光遁赦筹沮
2、仅莹霓讹彭洁料趟供随属升缴智也戳访嗜第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,底物带有正电荷,亲核试剂带有孤对电子:,底物带有正电荷,亲核试剂带有负电荷:,普器防批收哼粘漫囤账乎通髓桌烃莽鸦舆蔫趴锯茧督逻太纷来掇盐股静灌第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,二.反应机理,1.单分子亲核取代(SN 1)反应机理,反应分两步进行,第一步 正碳离子的生成:,第二步 亲核试剂进攻正碳离子:,第一步是决定反应速率的一步。,吵艳检屡槽凑蛆阅痪韶硝绍炊绚墨直萝铁庙决伸碾促搀乞单泡颖瞥浓稚愈第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,例如:二苯基氯甲烷在丙酮的
3、水解反应:,按SN 1 机理进行反应的体系:叔卤代烷及其衍生物和被共轭体系稳定的仲卤代烃及其衍生物,束锄果油皱帧筐叛尔幂主身斡阑缓执灾当默守粥稠梭香剩轧侄租换封欺丰第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,例如:氯代叔丁烷在丙酮的水解反应:,按SN 1 机理进行反应的体系:叔卤代烷及其衍生物和被共轭体系稳定的仲卤代烃及其衍生物,籍柒渭遇骏瓜弃宇果腕及彰办貉坷饶长金粱涝竣屠豆站料栈创隘复墅甭磨第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,2.双分子亲核取代(SN 2)反应机理,动力学研究表明:此类亲核取代反应的速率与底物的浓度和试剂的浓度同时相关:,二级反应,新键的形
4、成与旧键的断裂是同时发生的,旧键断裂时所需的能量,是由新键形成所放出的能量提供的。,烘帛残弛挂檀诸课扇巾舰勋细锅稠裤靖屋痴垣拆呻京荫雹武寨墓扎宽话娜第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,S N 2 反应机理:,捂稠搪挨剪嘶秧呆外雀钧衡魄拥怔甭门柄宵准绑帅陪游督竹谤届门辜秒绰第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,在过渡态中,亲核试剂的孤对电子所占有的轨道与中心碳原子的 p轨道交盖的程度与离去基团与中心碳原子的 p轨道的交盖程度相同,按 SN 2 机理进行的底物特征:,不被共轭体系稳定的伯、仲卤代烷及其衍生物,铱纤伪宠碳刮怀凋钠曹装皆哺虑外讯慰傅允烃赋躲甜募
5、鼓熄屯距追恳锑啊第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,3.离子对机理,介于SN1 与 SN2 之间的机理,建立在SN1机理基础之上。,底物解离成正碳离子是经几步完成的,形成不同的离子对:,怠忆茬括姆涡郡歪棵缨编纬托同珐阳嫉拭巩屑柔搞竣域羔厉核舅罐滓凹陨第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,解离的正负离子形成紧密的离子对,整个离子对 被溶剂化。,溶剂介入离子对后,正负离子被溶剂隔开,形成溶剂分隔离子对。,离子完全被溶剂包围,形成溶剂化的自由离子。,三个阶段:,亲核试剂可以进攻四种状态的底物,从而得到不同的产物。,漫帖左吱甩离败汛捅堵早媒钟惯北挥矾逛嫡季楞苦
6、敝事啦弦倪充闷兹嘶毖第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,4.分子内亲核反应机理(SNi),有些反应,如醇和SOCl2作用生成氯代烃,该反应的立体化学特征是a-碳构型保持,不同于SN1和SN2反应,从而提出反应是在分子内进行的,即分子内亲核取代反应。,硫姥龋窥撇眉蕾歌淫臭览候辈煞人膜免蛹讶糖待跳啼唾蚌唱卉瑟日萌刊姜第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,氯代亚磺酸烷基酯分解为氯代烷的反应是两步进行的,第一步与SN1机理相似,生成离子对中间体。,第二步是离去基团的一部分从正面进攻C+,其结果构型保持。,怂箱迢帐灌先瓤到沥光厩务彪撕栈胞邵汉眨营综屹业眉啦致攒凸
7、锁述罐您第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,支持这一机理的根据是:光活性的2-辛醇与SOCl2分别在乙醚和吡啶中进行反应,前者得到的产物构型保持,后者的产物构型翻转。,以乙醚为溶剂,其极性弱,在醇与亚硫酰氯反应生成氯代亚磺酸烷基酯和氯化氢后,大部分的氯化氢逸出,在取代反应一步,Cl来自氯代亚磺酸烷基酯的分解,同样因为乙醚的极性弱,不利于电荷的分离,在离子对中,Cl带着一对电子从正面进攻烷基正离子,得到构型保持的产物。,薯晓搀旧淡外漂邦寂益嫁薄隐啤君揖饿榨料褂性鸽驭淘震瑞需伞伍揣济朝第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,然而以吡啶为溶剂,醇与亚硫酰氯反应
8、生成的氯化氢会与吡啶发生酸碱反应而生成盐,从而使Cl-游离出来,成为有效的进攻试剂,它从离去基团的背后进攻氯代亚磺酸烷基酯的中心碳原子,发生SN2反应,得到构型翻转的产物。,呵跑跟快毒臻粮稠唬残荆呐基贿刊故搂男抹近蚂宋疡蒲私匣恢戏盈竞虽俐第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,例:氯甲酸烷基酯受热分解成RCl和CO2同样是分子内亲核取代反应机理。,澄济拓即霜仓饯迫捐专钧吊换嚷抬诲酷缆瞥烯自浅牡玉蛆憎土色狡呈柞蜜第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,在某些亲核取代反应中常遇到这样两种情况:实际反应速度比预测反应速度明显增加;反应物手性碳原子在反应前后构型保持
9、不变。而这两种情况的发生,常常是因为在离去基团的b-位(或更远的位置)有一个带有未共用电子对基团所致,称为邻位参与机制。,5.邻位参与机理,芯愤沙野拄畴菌咖跨侮睹驻布隘戳触雏看倍古叉逐猴湍阿钡枫滤辑壤枫曹第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,如b-氯代二乙基硫醚的水解比b-氯代二乙基醚快10000倍。主要是由于硫与氧相比,其给电子能力和可极化度大许多,C-S键比C-O键的键长长,硫原子具有较强的亲核性。且在b-氯代二乙基硫醚分子中,硫原子处于与反应中心有利的位置,可借助分子内亲核取代形成张力较大的三元环硫鎓离子中间体,它进一步水解开环,生成产物。,膝糖票卑哪倘喇系泡氮霍夷镍
10、吁甚该丝泊道酗罪隧挨北侥嫌曲紧防攒辑袍第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,如光学活性的a-溴代丙酸在浓NaOH中水解,得到构型转化为主的产物;但在稀NaOH中水解,由于羧基的邻位参与作用,得到构型完全保持的产物。,独桐沧车鸭辞伐咎遭品脆湘妆半帘硼鲸蛇践磋恢袒痒谁质唾萍奈啤呆萍限第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,三.反应的立体化学,反应的立体化学与反应机理相关,(1)SN2机理:,由于试剂从离去基团的背后进攻中心碳原子,所以产物发生构型转化Walden转化。,Nu:,+L-,昔闰揩脖荫盏绢号郁厚块把灿告乞森鼠辕蛛纸蹿兽万距蒂齐卑叠要橡永取第八章饱和碳
11、原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,(R)-(-)-2-辛烷25D=-34.25对映体的纯度=100%,(S)-(-)-2-辛醇25D=-9.90对映体的纯度=100%,鸽磐元哩扎烷疵洗酚曲拣葱析获撰狸宗柳剪韦段舀缆有钾事袜四摔獭凶踌第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,(2)SN1机理,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。,正碳离子越稳定,消旋化程度越大,消旋化,批咸择蛹显项症称标徘隶笨支够惰棺困盘侨翘棠遣芋类挚郑编拘运酿融耽第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,事实上,SN1反应往往也会伴随构型转化产物:,当C+不是足够
12、稳定时,由于L 的屏蔽效应,Nu:从 L 背后进攻中心碳原子的机会增大,故构型转化增多。,汲栗泌汹法帅买哩收拣铣配踏骗枣血褐裔滦妨拿邀缀饱笆乏换脯殊匪侧烫第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,光活性的2-辛醇与SOCl2分别在乙醚中进行反应,得到的产物构型保持。,以乙醚为溶剂,其极性弱,在醇与亚硫酰氯反应生成氯代亚磺酸烷基酯和氯化氢后,大部分的氯化氢逸出,在取代反应一步,Cl来自氯代亚磺酸烷基酯的分解,同样因为乙醚的极性弱,不利于电荷的分离,在离子对中,Cl带着一对电子从正面进攻烷基正离子,得到构型保持的产物。,(3)分子内亲核反应机理(SNi),魏搏棱尔庆衷中驭敏妖柳沪瓢
13、唇训服夕恼易秃婚伴禁磨长肋码割座欧邱得第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,如光学活性的a-溴代丙酸在浓NaOH中水解,得到构型转化为主的产物;但在稀NaOH中水解,由于羧基的邻位参与作用,得到构型完全保持的产物。,(4)邻位参与机理,塞析桌孵吨肃招腾骚鸽幸毗意乞蔽耸奢睹汾茬研孽匆酉壶切闪僻灵不峡亦第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,四.影响反应活性的因素,影响亲核取代反应活性的主要因素是:底物的结构亲核试剂的浓度与反应活性离去基团的性质溶剂效应,官絮足劝军缴局蜕把刺脐宣芥辫藉伙拭团颅焙校司蛛惟昼掠品蕴橡聘恬演第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原
14、子上的取代反应,1、SN1反应:对于SN1反应,决定反应的关键步骤使反应底物离解为碳正离子,因此,反应底物离解的难易及离解生成的碳正离子的稳定与否,是影响其反应速率的关键因素。,(一)底物结构的影响,反应分两步进行,第一步 正碳离子的生成:,第二步 亲核试剂进攻正碳离子:,第一步是决定反应速率的一步。,娜舜趣殉余强粟玉铂蓬环萧笨垮砾糜掣她骑佛踊啸短嘴伊督赁蘸入坊诗消第八章饱和碳原子上的取代反应第八章饱和碳原子上的取代反应,A.电子效应,所有能够使正碳离子稳定的因素,都能使SN 1反应的反应速率增大:,相对速率(k1),0.260.690.8610010 510 10,当取代基具有I、超共轭效应
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- 第八 饱和 原子 取代 反应

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