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取代反应(substitution reaction)是指有机化合物分子中任何一个原子或基团被试剂中同类型的其它原子或基团所取代的反应,用通式表示为:R-L(反应基质)_A(进攻试剂)→R-A(取代产物)_L(离去基团)。R=R或Ar

简介

取代反应可分为亲核取代、亲电取代和均裂取代、协同反应四类。如果取代反应发生在分子内各基团之间,称为分子内取代。有些取代反应中又同时发生分子重排(见重排反应)。
在有机化学中,亲电和亲核性取代反应非常重要。
取代反应

取代反应

有机的取代反应会依以下的特点,被归类到若干个有机反应类别中:
促使反应的反应物亲电子试剂还是亲核试剂
反应中的中间物是一个阳离子、一个阴离子还是一个自由基或者两步反应同时发生。
反应的基质是脂肪族化合物还是芳香族化合物
详细了解反应类别不但对预测反应产物很有帮助,而且能帮助我们从诸如温度、溶剂等变量上来优化该反应。

取代反应分类

①亲核取代反应

亲电取代反应

亲电取代反应

简称SN(S为英文“Substitution”(取代),N为“Nucleophilic”(亲核),都取第一个大写字母)。饱和碳上的亲核取代反应很多。例如,卤代烷能分别与氢氧化钠、醇钠或酚钠、硫脲硫醇钠、羧酸盐和氨或胺等发生亲核取代反应,生成醇、醚、硫醇、硫醚、羧酸酯和胺等。醇可与氢卤酸、卤化磷或氯化亚砜作用,生成卤代烃。卤代烷被氢化铝锂还原为烷烃,也是负氢离子对反应物中卤素的取代。当试剂的亲核原子为碳时,取代结果形成碳-碳键 ,从而得到碳链增长产物,如卤代烷与氰化钠、炔化钠或烯醇盐的反应。在亲核取代反应中,C—X键先断裂,生成正碳离子再跟试剂反应,形成C—Y键,这种反应叫单分子亲核反应,记作SN1。C—X键断裂和C—Y键的形成同时发生的反应叫双分子亲核取代反应,记作SN2。
由于反应物结构和反应条件的差异,SN有两种机理,即单分子亲核取代反应SN1和双分子亲核取代反应SN2。SN1的过程分为两步:第一步,反应物发生 键裂(电离),生成活性中间体正碳离子和离去基团;第二步,正碳离子迅速与试剂结合成为产物。总的反应速率只与反应物浓度成正比,而与试剂浓度无关。S N2为旧键断裂和新键形成同时发生的协同过程。反应速率与反应物浓度和试剂浓度都成正比。能生成相对稳定的正碳离子和离去基团的反应物容易发生SN1,中心碳原子空间阻碍小的反应物容易发生SN2 。如果亲核试剂呈碱性,则亲核取代反应常伴有消除反应,两者的比例取决于反应物结构、试剂性质和反应条件。低温和碱性弱对SN取代有利
亲核取代反应

亲核取代反应

卤烃的亲核取代反应主要有下面几类:
(1)水解。卤烃加水生成醇的反应称为水解反应。该反应是可逆的:
RX+HOH→ROH+HX .实际上,该反应一般没有制备价值。多数卤代烃都是由相应的醇来制备。不过,由于在某些复杂分子中导入一个羟基比引入一个卤原子困难,所以有时也采用卤烃水解的方法来合成相应的醇。在这种情况下,常常采用卤烃与氢氧化钾或氢氧化钠的水溶液共热来制取RX+NaOH→ROH+NaX .反应能进行完全,因为OH-比X-更具亲核性,产生的卤化氢又被碱中和。
(2)与氰化钠反应。卤烃在醇溶液中与氰化钾或氰化钠反应生成腈,有机合成中,常常需要增长碳链,卤烃与氰化钾(钠)的反应是增长一个碳原子的方法之一。但氰化钾(钠)有剧毒,使用时须特别注意。 通过腈基(-CN)的转变可合成羧酸(-COOH)及其衍生物
(3)与醇钠、氨、硝酸银等的反应, 前两个反应是制备醚类和胺类的方法之一。后一个反应往往用于卤烃的鉴别(见后),但某些不活泼的卤烃不与硝酸银反应,如ArX,RCH=CHX,HCCl3,ArCOCHCl和ROCHCHCl等类型的卤烃都无此反应。
(4)与有机磷的反应。卤烃与三烃基膦作用得到鏻盐,后者在强碱作用下失去质子得到磷叶立德(ylide)或被称作磷叶立因(ylene)。 RCHX+RPRPCHRX 其中:X为I、Br、Cl等;R为烷基或芳基。 磷叶立德一般比较稳定,但有时也很活泼。以共振式表示有两种极限式。

②芳族取代反应

分芳族亲电取代反应SEAr和芳族亲核取代反应SNAr(S代表取代,N代表亲核,Ar代表芳香)两类,Ar表示芳基。芳烃通过硝化、卤化、磺化和烷基化或酰基化反应,可分别在芳环上引进硝基原子、磺酸基和烷基酰基,这些都属SEAr。芳环上已有取代基的化合物,取代剂对试剂的进攻有定位作用。苯环上的取代基为给电子基团和卤原子时,亲电试剂较多地进入其邻位和对位;取代 基为吸电子基团时,则以得到间位产物为主。此外,除发生这些正常反应外,有时试剂还可以进攻原有取代基的位置并取而代之,这种情况称为原位取代。
SNAr需要一定条件才能进行。如卤代芳烃一般不易发生SNAr,但当卤原子受到邻或对位硝基的活化,则易被取代。卤代芳烃在强碱条件下也可发生取代。此外,芳香族重氮盐由于离去基团断裂成为稳定的分子氮,有利于生成苯基正离子,也能发生类似SNl的反应。

③均裂取代反应

简称SH(S为英文“Substitution”(取代))。为自由基对反应物分子中某原子的进攻,生成产物和一个新的自由基的反应。这种反应通常是自由基链式反应的链转移步骤。一些有机物在空气中会发生自动氧化,其过程也是均裂取代,如苯甲醛、异丙苯和四氢萘等与氧气作用,可分别生成相应的有机过氧化物。

加成与取代反应区别

取代反应定义:有机分子中的一个原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应。类型比较:很多参考书经常把它与置换反应做比较,而我认为它与复分解反应更像。例子:以CH4与Cl2反应为例,原理是:一个H被一个Cl取代,即C—H键变为C—Cl键。剩下的Cl与被取代的H产生HCl。特点就是:一个H被取代,消耗一个Cl2,产生一个HCl。加成反应定义:有机物分子中不饱和碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新物质的反应。类型比较:从物质种类上来看,类似于化合反应。例子:以CH2=CH2与Br2反应为例,原理是:C=C中的双键断开其中一个,两个C各形成一个半键,分别与两个Br结合。特点就是双键变单键,不饱和变饱和。
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- 来自原声例句
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