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自由基取代和親核取代的區(qū)別有哪些
      
  自由基可以簡單理解為不帶電基團。自由基取代反應則是以這些基團為單位的取代反應。取代反應可以理解為AB+C=A+BC。其中都為自由基。
  親核取代簡稱SN。飽和碳上的親核取代反應很多。例如,鹵代烷能分別與氫氧化鈉、醇鈉或酚鈉、硫脲、硫醇鈉、羧酸鹽和氨或胺等發(fā)生親核取代反應,生成醇、醚、硫醇、硫醚、羧酸酯和胺等。醇可與氫鹵酸、鹵化磷或氯化亞砜作用,生成鹵代烴。鹵代烷被氫化鋁鋰還原為烷烴,也是負氫離子對反應物中鹵素的取代。當試劑的親核原子為碳時,取代結果形成碳-碳鍵 ,從而得到碳鏈增長產(chǎn)物,如鹵代烷與氰化鈉、炔化鈉或烯醇鹽的反應。
  由于反應物結構和反應條件的差異,SN有兩種機理,即單分子親核取代反應SN1和雙分子親核取代反應SN2。SN1的過程分為兩步:第一步,反應物發(fā)生鍵裂(電離),生成活性中間體正碳離子和離去基團;第二步,正碳離子迅速與試劑結合成為產(chǎn)物??偟姆磻俾手慌c反應物濃度成正比,而與試劑濃度無關。S N2為舊鍵斷裂和新鍵形成同時發(fā)生的協(xié)同過程。反應速率與反應物濃度和試劑濃度都成正比。能生成相對穩(wěn)定的正碳離子和離去基團的反應物容易發(fā)生SN1,中心碳原子空間阻礙小的反應物容易發(fā)生SN2 。如果親核試劑呈堿性,則親核取代反應常伴有消除反應,兩者的比例取決于反應物結構、試劑性質和反應條件。低溫和堿性弱對SN取代有利。
  親核取代反應簡稱SN。飽和碳上的親核取代反應很多。醇可與氫鹵酸、鹵化磷或氯化亞砜作用,生成鹵代烴。鹵代烷被氫化鋁鋰還原為烷烴,也是負氫離子對反應物中鹵素的取代。當試劑的親核原子為碳時,取代結果形成碳-碳鍵,從而得到碳鏈增長產(chǎn)物,如鹵代烷與氰化鈉、炔化鈉或烯醇鹽的反應。由于反應物結構和反應條件的差異,SN有兩種機理,即單分子親核取代反應SN1和雙分子親核取代反應SN2。SN1的過程分為兩步:第一步,反應物發(fā)生鍵裂(電離),生成活性中間體正碳離子和離去基團;第二步,正碳離子迅速與試劑結合成為產(chǎn)物。
  總的反應速率只與反應物濃度成正比,而與試劑濃度無關。SN2為舊鍵斷裂和新鍵形成同時發(fā)生的協(xié)同過程。反應速率與反應物濃度和試劑濃度都成正比。能生成相對穩(wěn)定的正碳離子和離去基團的反應物容易發(fā)生SN1,中心碳原子空間阻礙小的反應物容易發(fā)生SN2。如果親核試劑呈堿性,則親核取代反應常伴有消除反應,兩者的比例取決于反應物結構、試劑性質和反應條件。低溫和堿性弱對SN取代有利。
  親核加成:如果進攻試劑本身已不具有獲取電子傾向,反而有提供電子能力,如醇、-SH(巰)、胺基與炔反應時,是有提供電子能力的RO-(不是離子,未達到電離程度)先進攻炔鍵,稱親核加成。此反應是由親核試劑與底物發(fā)生的加成反應。反應發(fā)生在碳氧雙鍵、碳氮叁鍵、碳碳叁鍵等等不飽和的化學鍵上。最有代表性的反應是醛或酮的羰基與格氏試劑加成的反應。水、醇、胺類以及含有氰離子的物質都可以與羰基加成。碳氮叁鍵(氰基)的親核加成主要表現(xiàn)為水解生成羧基。此外,端炔的碳碳叁鍵也可以與HCN等親核試劑發(fā)生親核加成,如乙炔和氫氰酸反應生成丙烯腈(CH=CH-CN)。其他重要的親和加成反應有:麥克爾加成、醇醛加成/縮合、Mukaiyama反應等等。
  親電取代:由于苯環(huán)上離域的π電子分布在分子平面的上下兩側,電子云暴露,受原子核約束力較σ電子小,比較容易受親電試劑的進攻,發(fā)生親電取代反應。常見的能與苯發(fā)生反應的親電試劑有:O2N+,R+,R-C+=o,SO3,X2等。大量實驗結果表明,苯與親電試劑發(fā)生親電取代反用的機理如下:、1、親電試劑與苯環(huán)的π電子互相作用生成π絡合物1、σ絡合物消去一個氫離子,又恢復苯環(huán)穩(wěn)定的結構,得到親電取代產(chǎn)物。
  親電加成:不飽和烴受親電試劑進攻后,π鍵斷裂,試劑的兩部分分別加到重鍵兩端的碳原子上。反應采取哪種機理進行與親電試劑和不飽和化合物的性質、溶劑的極性和過渡態(tài)的穩(wěn)定性等都有很大關系,一般來說,鹵素加成反應中,溴與烯烴的加成反應主要按照環(huán)鎓離子中間體機理進行,而氯與烯烴的加成反應主要按照前兩種機理進行。這主要是因為兩種鹵素原子電負性和原子半徑不同,溴的孤電子對容易和碳正離子p軌道重疊,而氯則不然。不同的機理也會產(chǎn)生立體選擇性不同的產(chǎn)物。碳正離子機理得到順式加成和反式加成產(chǎn)物的混合物,離子對機理得到的是順式加成產(chǎn)物,而環(huán)鎓離子機理得到反式加成產(chǎn)物。對于不對稱的親電加成反應來講,反應一般符合馬氏規(guī)則,產(chǎn)物具有區(qū)域選擇性。但雙鍵碳上連有吸電子基或以有機硼化合物作親電試劑時,產(chǎn)物是反馬氏規(guī)則的,例如烯烴與乙硼烷生成烷基硼的反應。
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