取代反应

亲核取代反应

一．亲核取代反应机理。

亲核取代反应是指有机分子中的与碳相连的原子或原子团被作为亲核试剂的某原子或

原子团取代的反应。反应分为SN1型（单分子取代反应），与SN2型双分子取代反应。

1型（单分子取代反应）

第一步是碳原子上正电荷增加，离去基团负点性增加，经过过渡态（1）并最终解离，

生成活性中间体碳正离子与离去基团负离子。由于这一步反应的活化能较高，速率

较慢，所以这一步是反应的决速步。

第二步是活性中间体的碳正离子与亲和试剂作用，生成反应产物。这一步仅需少量

能量，速率很快。

反应特点：

(1)SN1反应的决速步是中心碳原子与离去基团之间化学键的异裂。反应速率只取决

于一种分子的浓度，因此，它在动力学上是一级反应。

(2)一般是一个两步反应。第一步生成的碳正离子采取SP2杂化，是平面构型。故

若反应物的中心碳原子是手性碳，反应产物一般是一对等量的对映异构体的混

合物——外消旋体。

(3)反应中间体生成的碳正离子导致反应有重排的趋势。

2型（双分子取代反应）

反应中，离去基团离开中心碳原子的同时，亲核试剂与中心碳原子发生部分键合，

无中间体生成。

有机反应中，将两种分子参与决速步的亲核取代反应陈伟双分子亲核取代反应。

反应特点：

(1)SN2反应是一步反应，只有一个过渡态。

(2)在SN2反应中，亲核试剂进攻中心碳原子是总是从离去基团溴原子的背面沿着

碳原子和离去基团连接的中心线方向进攻。这个过程会使得碳原子与三个未参

与反映的键发生翻转，这种翻转称为瓦尔登翻转，又称构型翻转。

二．影响亲核取代反应的因素

1.烃基结构的影响。

对SN1反应，主要考虑碳正离子的稳定性。对SN2反应，主要取决于过渡态形

成的难易，也就是空间效应的影响。

2.离去基团的影响。

离去基团的性质对SN1和SN2将产生相似的影响:离去基团的离去能力越强，亲

核取代反应越易进行。

对于离去基团:键能越弱，离去基团的稳定性越好，该离去基团的离去能力就越

强。

3.亲核试剂的影响

仅对SN2有影响。亲核性的强弱取决于试剂给电子能力的强弱。（与碱并不相

同。）

亲核试剂亲核性强弱因素：

(1)带负电荷比中性共轭酸有更强的亲核性。

(2)进攻离子处于同一周期的不同亲核试剂，或相同进攻原子的亲核试剂，亲

核性的顺序与碱性一致。电负性越大，碱性越弱，给电子能力弱；相同原

子的负离子越稳定，碱性越弱，越不易给电子。

(3)处于同一主族的亲核试剂，亲核性的顺序与碱性顺序相反。可极化性越大，

亲核性越强。

(4)空间因素。典型的有（CH3）3CO-，称为大体积碱。

4.溶剂的影响

极性溶剂有利于SN1反应。质子型极性溶剂易与亲核试剂形成氢键，降低了试

剂的亲核性，不利于SN2的进行。极性非质子溶剂有利于SN2反应。常见的极

性非质子溶剂有N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、乙腈、丙

酮、硝基甲烷和六甲基磷酰三胺（HMPA）等。

另外还有消除反应与取代反应的竞争（以卤代烃为例）

CH3XRCH2XR1R2CHXR1R2R3CX

SN1

低温

SN2

有为主为主：弱碱

（I-,CN-,RCO2-）

无

E1

高温

E2

大体积强碱强碱（RO-）强碱（RO-）

二．亲核取代反应

1.卤代烃

（1）水解、醇解、氨解（氨解的产物伯胺仍是亲核试剂，可以继续和卤代烃

作用）、氰解（水解可将氰基转化为羧基）、与硝酸银醇溶液反应生成

硝酸酯

（2）格式试剂，镁与卤代烃在无水乙醚中反映。可以作为很好的亲核试剂。

2.醇

（1）生成卤代烃

醇与氢卤酸反应。（HI易与伯醇反应，HBr需加入硫酸，HCl需要与无

水ZnCl2一起进行氯代反应（卢卡斯试剂））卢卡斯试剂用于鉴别伯仲

叔的非低级卤代烷（伯醇加热后浑浊，仲醇放置片刻后浑浊，叔醇立即

浑浊）。因为低级卤代烷是气体。伯醇SN2，仲醇叔醇、烯丙醇、苄醇

SN1

（2）醇与二氯亚砜，卤化磷反应。SN2

（3）经醇与磺酰氯反应为中间阶段的亲核取代反应。醇与磺酰氯反应生成磺

酸酯，构型不变，再与亲核试剂发生亲核取代反应。SN2

（4）醇经分子间脱水生成醚。低温伯醇：SN2。仲醇叔醇在酸性条件下生成

碳正离子，主要E1消除。叔醇与伯醇在酸催化下以SN1形式生成混醚。

分子内脱水成五、六元环更有利于反应进行。

3.酚

酚醚和酯的生成

苯酚在碱性条件下，与伯卤代烃反应生成醚。酚氧基负离子作为亲核试

剂，与伯卤代烷通常按SN2历程进行。仲卤代烷，则可能部分消除，叔

卤代烷则以消除产物烯烃为主。

制备苯甲醚和苯乙醚衍生物时，通常以硫酸二甲酯和硫酸二乙酯作为甲

基化和乙基化试剂。

二芳基醚，在强吸电子基团的作用下，卤原子被活化，可以发生芳香族

的亲核取代反应。对未活化的卤代芳烃，以铜粉或亚铜盐作为催化剂，

可与酚钠反应形成芳醚。（乌尔曼反应）

在酸或碱的催化下与酰氯或酸酐反应生成酯。通常在碱性条件下生成酚

钠盐，再酯化。

4.醚

(1)醚键断裂：醚与强酸形成钅羊盐。伯烷基醚发生SN2，叔烷基醚发生SN1。C-O

断裂顺序：三级>二级>一级>甲基>芳基。

(2)环醚：酸催化，类SN1，电荷稳定性为影响因素；碱催化，SN2，空间上反式，

类似于卤鎓，考虑位阻因素。