文|二甲亚砜 编|来苏儿 图|来源于网络
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(1)底物结构对SN1反应的影响
决定SN1反应速度的是C+稳定性。越是稳定的C+,越容易生成。
∵C+稳定性:3°>2°>1°>CH3+
∴SN1反应活性:3°RX >2°RX >1°RX > CH3X
(2)底物结构对SN2反应的影响
决定SN2反应速度的是过渡态的稳定性。过渡态越稳定,反应的活化能越低,反应速度越快。
影响SN2过渡态稳定性的主要因素:
空间位阻:α-C上取代基越多,Nu-越不易接近α-C,过渡态也越不稳定
∴SN2反应活性:CH3X>1°RX>2°RX>3°RX
(3)几种特殊卤代烃烷基对亲核取代反应活性的影响
(i)乙烯型卤代烃
以氯乙烯为例:
∴ 乙烯型卤代烯烃的化学性质:
∴ 氯苯和氯乙烯在SN1和SN2反应都不活泼
(ii)烯丙型卤代烃
烯丙型卤代烯烃中的C-X键易断! 例:
对于双分子反应:
对于单分子反应:
烯丙型卤代烯烃的特殊活泼性是由于亲核取代反应的中间体或过渡态稳定。
烯丙型(苄基型)卤代烃的结构与反应特征:
①卤原子活性非常高,容易发生取代反应
②烯丙型卤代烃SN1反应时有重排
③消除反应生成稳定的共轭二烯烃
综上所述:
→1°RX主要进行SN2反应;
→2°RX同时进行SN1和SN2,但SN1和SN2速度都很慢。
→3°RX主要进行SN1反应;
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试剂的亲核性对SN1反应速率基本没影响;试剂的亲核性↑,有利于SN2。
亲核性——试剂亲碳原子核的能力
(1)反应速率比较:
(2)试剂的亲核性的决定因素
主要由两个因素决定:碱性和可极化性。这两个因素对试剂的亲核性的影响有时是一致的,有时不一致。
一致:同一原子或同一周期的原子作为亲核中心时,试剂的亲核性与碱性有相同的强弱次序。
例1:亲核性:C2H5O->HO->CH3COO->C2H5OH>H2O
例2:亲核性:NH2->HO->F-, NH3>H2O
不一致:同一族的原子作为亲核中心时,变形性大者呈现出较强的亲核性。从上到下,体积依次增大,亲核性依次增强这与碱性的强弱次序相反。
碱性: F->Cl- > Br- >I-
亲核性:F- < Cl- < Br- < I
原因:F-离子半径小,电荷集中,原子核对核外电子的束缚力强,不容易极化,很难与碳原子结合。
I-离子半径大,原子核对核外电子的束缚力较差,容易极化,易与碳原子结合。
3 溶剂极性的影响
极性强的质子溶剂有利于SN1,极性弱的非质子性溶剂对SN2反应有利。
4 离去基团(卤原子)的影响
SN2和SN1反应的慢步骤都包括C-X的断裂,因此离去基团X-的性质对SN2和SN1反应将产生相似的影响:
SN1和SN2反应活性:R-I>R-Br>R-Cl>R-F
原因:C-X键弱,X-容易离去,C-X键强,X-不容易离去。
C-X键的强弱主要与X的电负性有关。
总结: 影响亲核取代反应历程的因素
(1)底物结构:
1°RX主要进行SN2反应;
2°RX同时进行SN1和SN2,但SN1和SN2速度都很慢。
3°RX主要进行SN1反应
(2)亲核试剂:
试剂的亲核性对SN1反应速率基本没影响;
试剂的亲核性↑,有利于SN2。
(3)溶剂极性:
极性强的质子溶剂有利于SN1,极性弱的非质子性溶剂对SN2反应有利。
(4)离去基团:
SN2和SN1反应的慢步骤都包括C-X的断裂,因此离去基团X-的性质对SN2和SN1反应将产生相似的影响。