2.3 亲核取代反应 反应通式： R-H ＋ Z- R-Z ＋ H- R-H ＋ Z-Y R-Z ＋ H-Y 脂肪族化合物的亲核取代 芳香族化合物的亲核置换 芳环上氢的亲核取代 2.3.1 脂肪族化合物的亲核取代反应 • 反应历程：双分子历程 单分子历程 • 反应的影响因素：作用物结构 被取代离去基团 亲核试剂 溶剂 2.3.1.1 反应历程 • 双分子历程（SN2） +R－X[NuRX]Nu－R +Nu : - X - 亲核试剂过渡态离去基团 • 单分子历程（SN1） 第一步 第二步 R + + - Nu : 快 R－Nu X - R－XR + + 慢 2.3.1.2 反应的影响因素 • 作用物结构的影响 图 卤代烷烷基对水解速度的影响 被进攻的碳原子上有给电性取代基，有利于SN1反应 ，分子中有吸电性取代基，则有利于SN2反应 • 被取代离去基团的影响 （1）被取代离去基（X）接受电子能力越强，越有利于亲核取 代反应的进行 （2）被取代离去基接受电子的能力取决于X-的稳定性和碱性。
X-碱性越弱，稳定性越强，越容易被亲核试剂 取代而离去 RSO3—＞ I—＞ Br—＞ Cl—＞ RCOO—＞ HO—＞ H2N— 一般说来，被取代的难易次序为： • 亲核试剂的影响 （1）对SN1反应影响不大，对SN2反应速度有明显的影响 （2）绝大多数试剂的亲核能力与其碱性一致 例如：C2H5O-＞ OH-＞ PhO-＞ CH3CH2S-＞H2O （3）当可极化度起主导作用时，亲核性与碱性不一致 在同族元素的试剂中，亲核性是按电负性的下降而提高 例如：Iˉ＞Brˉ＞Clˉ＞Fˉ和 PhSˉ＞PhOˉ • 溶剂的影响 （1）对SN1反应，极性溶剂有利于中性化合物R-X的解离 R－X→R+＋X- 溶剂极性越大，反应速度越快 （2）对SN2反应，Nu-易与质子传递型溶剂形成氢键，使 反应活性降低 反应宜在非质子传递型溶剂中进行 2.3.2 芳环上氢的亲核取代反应 • Nu:-优先进攻芳环上电子云密度最低的位置 • 反应的难易和定位规律与芳香族化合物的亲 电取代反应相反 • 自学 2.3.3 芳环上已有取代基的亲核置换反应 • 芳环的电子云密度较高， 很难被Nu-进攻而直接引 入-OH、-OR、-NH2等基 团，只能通过亲核置换来 完成。
• 首先在芳环上引入-Cl、 -SO3H、-N2+Cl-等吸电子 取代基，使苯环上电子云 密度降低，有利于亲核置 换反应的发生 2.3.3.1 反应历程 • 双分子历程 • 单分子历程 ++ 慢 ++ 慢 2.3.3.2 芳环上已有取代基对反应的影响 • 离去基团共轭位（邻、对位）有吸电子取 代基存在，对反应有利 10% NaOH 350-400℃,20-30MPa 10% NaOH 160℃,0.6MPa 10% NaOH 100℃,常压 • 离去基团共轭位有供电子取代基，对反应不 利 • 芳环上同时有多个离去基团（-Cl，-SO3H， -NO2，-CN，-N=N-等）同时存在时，Cl优先 被置换 自由基是具有不成对电子的化学物种，它可 以是原子、基团或分子大多数自由基很活泼 ，在反应过程中只能瞬时存在产生自由基的 方法有三种：热离解法和光离解法是使分子中 共价键的一对电子发生均裂而产生自由基；电 子转移法是可变价金属离子得电子或失电子使 中性分子离解为自由基和正离子或负离子；电 解法是中性分子在电极表面得电子或失电子而 生成正离子基或负离子基 自由基反应大都是链反应，其反应历程包 括三个阶段，即链引发、链增长和链终止。
2.4 自由基反应 加成反应分为三种类型：亲电加成、亲核加 成、自由基加成 2.5.1 亲电加成 亲电加成一般发生在碳—碳重键上，因为 烯烃、快烃分子中的π—电子具有较大的活动 性，表现出亲核性，所以它们容易与多种亲电 试剂发生亲电加成反应常用的亲电试剂有： 强酸(例如硫酸、氢卤酸)、Lewis酸(例如 FeCl3、A1C13)、卤素、次卤酸、卤代烷等 双键连有供电基时使反应加快，有吸电基时 使反应减慢 2.5 加成反应 其反应历程分两步进行：首先生成碳正 离子中间产物，然后快速生成产物 2.5.2 亲核加成 亲核加成是由亲核试剂进攻而引起的加成反应 ，主要发生在碳氧双键上，在碱催化下总是带正电 荷的碳原子与亲核试剂反应 2.5.3 自由基加成 自由基加成是反应试剂在光、高温或引发剂的 作用下先生成游离基，然后与碳碳重键发生加成反 应，它们都是链反应例如卤素和卤化氢对碳碳重 键的加成反应 2.6 精细有机合成中的溶剂作用 • 概述 • 溶剂的分类 • 离子化作用和离解作用 • 溶剂的静电效应对反应速度的影响 • 专一性溶剂化作用对亲核取代反应速度的影响 • 有机反应中溶剂的使用和选择（自学） • 溶剂对有机反应的影响 • 溶液和溶解作用 （1）相同分子之间的引力与不同分子之间的引力的相互关系。
（2）由分子的极性所引起的缔合程度 （3）溶剂化作用 （4）溶剂和溶质的分子量 • 溶剂和溶质之间的相互作用 2.6.1 概述 库仑力(静电引力)：离子-离子力、离子-偶极力 范德华力(内聚力)：偶极-偶极力、偶极-诱导偶 极力、瞬时偶极-诱导偶极力 专一性力：包括氢键缔合作用、电子对给体－受体作用、溶剂 化作用、离子化作用和离解作用等 非专一性力 (普遍） 2.6.2 溶剂的分类 • 按化学结构分类 无机溶剂：水、液氨、液体二氧化硫、氟化氢、浓 硫酸、熔融氢氧化钠和氢氧化钾、四氯 化钛、三氯化磷和三氯氧磷等 有机溶剂：脂烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、醇、醚、 酚、醛、酮、羧酸、羧酸酯、硝基物、 胺、腈、酰胺、砜和亚砜、杂环化合物等 • 按偶极矩和介电常数分类 （1）偶极矩（μ）： 指偶极分子中电量相等的两个相反电荷中 的一个电荷的电量（q），与这两个电荷间距 离（d）的乘积，单位：德拜（D）即： μ＝qd 例： μ＝1.54D 极性溶剂：分子中具有永久偶极的溶剂 有机溶剂的偶极矩μ在0～5.5D之间。
无极性溶剂 分子中没有永久偶极的溶剂，如环己烷、苯等 μ＜2.5D的有机溶剂，如氯苯、二氯甲烷等 偶极矩主要影响在溶质（分子或离子） 周围溶剂分子的定向作用 （2）介电常数（ε） 也叫电容率或相对电容率，是表示电介质 或绝缘材料电性能的一个重要参数 具有永久偶极或诱导偶极的溶剂分子被充 电的电容器板强制形成一个有序排列，即极化 作用，极化作用越大，介电常数越大 介电常数表示溶剂分子本身分离出电荷的 能力，或溶剂使它偶极定向的能力 极性溶剂：ε＞15～20 非极性溶剂：ε＜15～20 介电常数主要影响溶剂中离子的溶剂化作 用和离子体的离解作用 有机溶剂的介电常数ε在2～190之间， ε越大，溶剂极性越强 （3）溶剂极性的本质——溶剂化作用 每一个被溶解的分子或离子被一层或几 层溶剂分子或松或紧地包围的现象，叫做溶 剂化作用，它包括溶剂与溶质之间所有专一 性和非专一性相互作用的总和 （4）溶剂极性参数 实验极性参数——ET(30)值 • 按Lewis酸碱理论分类(电子理论） Lewis酸碱理论：酸是电子对受体（EPA） 碱是电子对给体（EPD） A + :B A B 酸(EPA) 碱(EPD) 酸-碱配合物 亲电试剂 亲核试剂 EPA/EPD配合物 EPA溶剂：具有缺电子或酸性部位，亲电试剂， 择优使EPD或负离子溶剂化。
如水、醇、酚、羧酸等 EPD溶剂：具有富电子或碱性部位，亲核试剂， 择优使EPA或正离子溶剂化 如：醇、醚、羰基化合物中的氧 氨类和N－杂环化合物中的氮原子 质子给体溶剂：主要是酸，如H2SO4、CH3COOH 质子受体溶剂：主要是碱，如NH3、CH3CON(CH3)2 两性溶剂：既可接受质子，又可提供质子，如H2O • 按Brownsted 酸碱理论分类(质子理论) • 按专一性溶质、溶剂相互作用分类 质子传递型溶剂：含有能与电负性元素(F、Cl、O、S、 N、P)相结合的氢原子，ε＞15 水、醇、酚、羧酸、氨、未取代酰胺等 非质子传递极性溶剂：高介电常数，高偶极矩 丙酮、DMF、硝基苯、乙腈、二甲 基亚砜、环丁砜等 非质子传递非极性溶剂：低介电常数，低偶极矩 烷烃、环烷烃、芳烃、卤代烃、 叔胺、二硫化碳 2.6.3 离子化作用和离解作用 • 离子原和离子体 • 离子化过程和离解过程 • 离解性溶剂和离子化溶剂 2.6.3.1 离子原和离子体 • 离子原 指在固态时具有分子晶格的偶极型化合物， 在液体时仍以分子状态存在，与溶剂发生作用时 可形成离子。
如氯化氢、烷基卤和金属有机化合物等 • 离子体 固态时具有离子晶格结构，在熔融状态或 稀溶液中以离子形式存在的化合物，如金属卤 化物等 2.6.3.2 离子化过程和离解过程 • 离子化过程：离子原的共价键发生异裂产 生离子对的过程 • 离解过程：离子对或缔合离子转变为独立 离子的过程 离子原 溶剂化 溶剂化 离子化 离子体 溶剂化的离子对 （缔合离子） 溶剂化正离子溶剂化负离子 溶剂化的独立离子 A+与B-的作用力与溶 剂的ε成反比 溶剂必须对离子原 的共价键进行进攻 离子化方式： EPD进攻：对离子原共价键的正端作亲电进攻， 使正离子溶剂化，自由的或裸的负离 成为高活性的反应质点 EPA进攻：对离子原共价键的负端作亲核进攻， 使负离子溶剂化，自由的或裸的负离 成为高活性的反应质点 EPD/EPA双进攻：两种溶剂或一种两性溶剂同时 进攻共价键的正、负端，生成 溶剂化的正、负离子 2.6.3.3 离解性溶剂和离子化溶剂 • 离子化溶剂：具有强的EPD性质或EPA性质 • 离解性溶剂：具有高的介电常数 2.6.4 溶剂的静电效应对反应速度的影响 (Houghes-Ingold规则) • 对于从起始反应物变为活化配合物时电荷 密度增加的反应，溶剂极性增加，使反应 速度加快。
异性电荷分离 电荷密度增加 SN1反应 R－X δ + RX δ- R + X - + • 对于从起始反应物变为活化配合物时电 荷密度降低的反应，溶剂极性增加，使反 应速度减慢 电荷分散 电荷密度降低 Y－RX - R－XY - + RX δ-δ- Y+ SN2反应 例： 溶剂CH3COCH3C2H5OHCH3OH(CH2OH)2H2O ε20.724.5532.737.778.39 μ(D)2.861.731.702.281.82 k（相对）130004416171 I * - + CH3I k [ I * δ - CH3I δ - ]I－CH3I - + •对于从起始反应物变为活化配合物时电荷密度 变化很小或无变化的反应，溶剂极性的改变对 反应速度的影响极小 局限性： 忽略了溶剂的类型、溶剂的EPD和EPA性质 及专一性溶剂化作用对反应速度的影响 2.6.5 专一性溶剂化作用对亲核反应速度 的影响 • 质子传递型溶剂对SN反应速度的影响 • 非质子传递极性溶剂对SN反应速。