为什么相邻的 C=C 或 C=O π 体系可以提高 SN2 反应的速率?

教育   2024-11-06 11:19   广东  

关于单分子亲核取代反应(SN1),类似内容请参考上篇内容:单分子亲核取代反应(SN1)中,哪些因素可以稳定碳正离子中间体?

和SN1类似,烯丙基和苄基的存在可以稳定SN2反应中间体的过渡态;

烯丙基溴可以很好地与醇盐反应生成醚,此过程是一个典型的 SN2 机理,如下所示。观察反应过渡态可以发现,烯丙基化合物通过 SN2 反应十分迅速的;

原因是邻位双键的 π 体系通过共轭对过渡态的稳定作用。如上图最右侧,反应中心的 p 轨道 通过两个电子成两根半键——它是缺电子的,因此相邻的 π 体系所提供的额外的电子密度,会对过渡态有稳定作用,并且加快反应速率。

在所有的 SN2 反应中,离去基团与羰基相邻的情况反应速率最快。

对于 α-溴代羰基化合物(如下图),两个相邻的碳原子都是强的亲电位点;都有低能的空轨道—— C=O π* C–Br σ* (这两个碳原子亲电性的具体体现)。它们可以结合生成一个新的 LUMO (π+ σ*),它在能量上比两个轨道都要更低,而亲核试剂则会进攻这个轨道的系数最大的位点,如下图橘色。

这两个反键轨道之间相互作用的效果是:由于另一个基团的存在,每个基团的亲电性都有所增强, C=O 的存在使 C–Br 键更加活泼,而 Br 使 C=O 更加活泼。

当然有人可能问:为什么亲核试剂不去进攻羰基做加成?

事实上,亲核试剂确实可能会进攻羰基,但这种情况可逆的,而对溴的进攻则是不可逆的。

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