1. 卤代烷的结构和双分子亲核取代反应（SN2）慕课视频播放-简明有机化学（先修课）-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

上节课我们介绍了卤代烃的分类与它的命名

现在我们和同学们一起讨论卤代烃的结构

卤代烃顾名思义是含有卤素的

与卤素碳相连的我们把它叫做α-碳

与α-碳相连的是β-碳

β-碳的氢就叫β-氢

我们看，卤代烃碳卤键是一个极性键

因为卤素的电负性较强，所以卤素带上部分负电荷

与卤素相连的α-碳，它带上部分正电荷

所以碳卤键在亲核试剂作用下它能够产生断裂

发生亲核取代反应，这是它的第一大性质

受到卤素的诱导效应作用，α-碳带部分正电荷

与α-碳相连的β -碳它带部分正电荷

由于受到β -碳上正电荷的影响

所以β -氢就显示出比较活泼

所以碳氢键断裂就能够发生消去反应

所以卤代烃的两大化学性质一个是亲核取代，是亲核试剂来进攻α-碳

碳卤健断裂，卤素被亲核试剂取代

这是第一大类反应，第二大类反应是亲核试剂来进攻β-氢

β-氢发生消去反应，消除了卤代氢并在分子中引来了双键-就是碳碳双键

这是卤代烃制备烯烃的常见方法

我们拿一个饱和烷烃如何来制备烯烃呢？

那么通过这个反应我们得到启示，我们用卤代烃

这个消去就得到了，而卤代烃可以由饱和烃的自由基取代反应而得到

它就有饱和烃变成不饱和的一个过渡过程

下面我们就来介绍卤代烃的亲核取代反应

英文的缩写是SN

带负电荷的或者带有孤对电子的它来进攻

α-碳使碳卤健断裂，卤素变成离去基团

亲核试剂与α-碳结合，所以卤代烃是底物

亲核试剂得到了反应产物，而卤素负离子是离去基团

我们常见的亲核试剂主要有氢氧根、烷氧基负离子

氰负离子、氨硝酸根负离子

卤代烃如果与水作用，氢氧化钠在碱性中做催化剂

可以把卤代烃水解生成醇叫做卤代烃的水解反应

第二个是与醇钠作用，卤素被烷氧基取代得到的化合物

大家看含有碳氧碳实际上是醚键，所以得到的是醚

这个方法最早是由著名的化学家威廉森发明的，所以叫做威廉森醚合成法

第三个，在乙醇中与氰化钠或者氰化钾作用

生成腈，如果水解就可以得到羧酸

从这里大家看，它增加了一个碳链，所以是有机合成上增加碳链的方法之一

它可以和过量的氨作用得到的产物是胺

含有碳氮键的胺我们用月字旁的胺

与硝酸银作用可以得到硝酸酯

在工业临床药物当中都应用

比如说硝酸异戊酯它就是扩张心血管的药物

能够缓解心绞痛这就是常见的

这就是常见的亲核试剂与卤代烃发生亲核取代反应

这一反应希望大家能够熟练的掌握并且能够灵活的运用

比如说我们举个具体例子，比如说氯代烃与碘化钠作用

在丙酮溶液中生产碘代烃与氯化钠

那就说明我们碘负离子的亲核性要比氯的亲核性要强

这叫做卤素的交换反应

常见的亲核取代反应由于大家在中学里学过

我们着重要来讲解的是亲核取代反应的反应机理，也叫反应历程

卤素的亲核取代反应分为两类来研究

一类叫双分子亲核取代反应，我们又叫SN2反应

一类是单分子亲核取代反应，又叫SN1反应

我们首先来研究SN2反应

人们在研究溴甲烷在碱性条件下水解得到甲醇

那么在研究它反应动力学的时候发现，这个反应在动力学上

它是二级反应，也就是说它的反应速率基于溴甲烷的浓度

一次方成正比，与碱的浓度一次方成正比

所以动力学上是二级反应

根据动力学推测SN2反应机理是首先是由亲核试剂跟来进攻底物

也就是说碱和氢氧根与溴甲烷同时进行反应

那么氢氧根从溴甲烷的背面来进攻

因为溴甲烷是四面体结构，氢氧根逐渐靠近α-碳

同时碳卤键逐渐断裂通过一个过渡态

在过渡态中，过渡态由sp3转变成sp2

所以这个时候三个氢就在同一个平面上

那么溴逐渐离去而氢氧根逐渐接上形成一个过渡态

通过过渡态以后，溴离子脱掉而氧与碳逐渐形成σ-键

这就形成了产物了，那么反应的第一步是由氢氧根和溴甲烷同时参与的

也是反应比较慢的，是决定速度的那一步

所以在这一步它是亲核试剂和底部同时参与反应的

所以是双分子的从能量上来看

从图上来看这是SN2反应的能量示意图，横坐标是反应进程，纵坐标是势能

大家从这个能垒图上可以看出从底物到过渡态

它中间需要一个能垒，我们一般叫做活化能

它越过这个能垒，然后就放热了形成产物

这是溴甲烷水解SN2的能量变化图

SN2机理的实验事实怎么证实呢？我们用同位素的碘负离子

以碘代烃反应反应前后它的旋光度降低

并且消旋化速率为同位素交换速率的两倍

说明亲核试剂从碳原子背面进攻，使碳原子的构型发生翻转

SN2反应通过我刚才的讲解大家看，它的主要特点是什么？

第一反应不分阶段一步完成，旧键的断裂和新键的产生是同时进行的

这是第一大特点

它通过一个过渡态，旧键断裂断新键生产同时在进行

反应过渡态由两种分子碰撞形成为双分子反应

中心碳原子的构型发生了反转，反转时绝对构型不一定变化

但这种翻转就像我们打着一把伞

突然遇到狂风把伞吹过去了

这种翻转最早是由科学家瓦尔登提出来的

所以就叫瓦尔登转化

我们用甲氧基负离子作为亲核试剂来进攻

溴卤代烃它要背面进攻

因为溴卤代烃的α-碳是手性碳

大家都构型上来看它是R构型

我这个时候如果用甲氧基负离子去进攻，它发生转化了

当转化以后我们看，它仍然是R构型

但也有可能构型发生转化的

就是有可能不变有可能转化

当然在SN2反应的过程当中

α-碳以及β=碳的位阻对SN2都是有影响的

比如溴甲烷SN2的反应速率是一百

而溴乙烷要用甲基来取代氢，它的速率就只有7.9了

如果两个甲基取代，它的速率只有0.2

而三个甲基取代就是叔丁基溴，几乎不按照SN2反应

它的反应速率为0

这是按照相对速率我们来看它的影响

如果我们把溴乙烷下来的速率看成是一百

而在β-碳上如果再取代一个甲基上去

这时候相对速率是28

如果接两个甲基就是3了

如果接三个甲基只有0.0042

如果从这个方面认识

那就是空间位阻对底部的影响是相当大的

不同类型的卤代烷烃进行SN2反应的活性

我们可以大致总结如下

卤代甲烷最活泼

下来是伯卤代烷，再下来是仲卤代烷，再下来是叔卤代烷

那么为什么具有这样一个反应活性顺序呢？

主要是底物的空间位阻的影响，所以它活性顺序依次减弱

实际上就空间位阻越大

亲核试剂从它的背面的进攻阻力就越大

当达到一定程度的时候，亲核试剂从背面进攻就进不去了

所以活性主要是空间位阻决定的，这是双分子亲核取代反应

简明有机化学（先修课）课程列表：

第一章绪论

-1.1 有机化合物和有机化学

--有机化合物和有机化学

-1.1 有机化合物和有机化学

-1.2 有机化合物的特点及与其它学科的关系

--有机化合物的特点及其与其他学科的关系

-1.2 有机化合物的特点及与其它学科的关系

-1.3 有机化合物的结构

--1. 经典结构理论和现代共价键理论

--2. 碳的杂化

--3. 共价键的类型和参数

-1.3 有机化合物的结构

-1.4 有机化合物的分类，有机反应类型及条件

--有机化合物的分类与结构表示、反应类型及条件

--绪论

-1.4 有机化合物的分类，有机反应类型及条件

-1.5 酸碱的概念以及有机化合物结构的确定

--1.5 酸碱的概念以及有机化合物结构的确定

-1.5 酸碱的概念以及有机化合物结构的确定--作业

-本章习题

--本章习题--作业

--第一章绪论

第二章饱和烃

-2.1 烷烃的命名

--1. 烷烃的普通命名法和烷基的命名、烷烃中碳原子的类型

--2. 系统命名法和顺序规则

-2.1 烷烃的命名--作业

-2.2 烷烃的结构和构象异构

--烷烃的结构和构象异构

-2.2 烷烃的结构和构象异构--作业

-2.3 烷烃的物理性质

--烷烃的物理性质

-2.3 烷烃的物理性质--作业

-2.4 烷烃的化学性质

--1. 烷烃的稳定性、氧化反应和燃烧、裂化反应、卤代方应及机理

--2. 自由基反应中氢的活性反应与卤素的选择性

-2.4 烷烃的化学性质--作业

-2.5 环烷烃的分类和命名

--环烷烃的分类及命名

-2.5 环烷烃的分类和命名--作业

-2.6 环烷烃的顺反异构和构象异构

--环烷烃的顺反异构及构象异构

-2.6 环烷烃的顺反异构和构象异构--作业

-2.7 环烷烃的化学性质

--环烷烃的化学性质

-2.7 环烷烃的化学性质--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第三章不饱和烃

-3.1 烯烃的结构和命名、烯烃的顺反异构和构型标记

--1. 乙烯的结构和烯烃的异构

--2. 烯烃的命名、烯烃的顺反异构和构型标记

-3.2 烯烃的亲电加成反应

-3.3 诱导效应和共轭效应

-3.4 自由基加成反应、硼氢化-氧化反应和烯烃的氧化反应

--自由基加成反应、硼氢化-氧化反应和烯烃的氧化反应

-3.5 共轭二烯烃的结构及反应

--1. 1，3-丁二烯烃的结构及亲电加成反应

-3.6 烯烃复分解反应简介

-3.7 炔烃的结构和命名

-3.8 炔烃的亲电加成反应和氧化反应

有机实验1：基本操作

-基本操作演示

--基本操作

第四章芳香烃

-4.1 芳香烃的分类及命名

--芳香烃的分类及命名

-4.1 芳香烃的分类及命名--作业

-4.2 苯的结构及其物理性质

--苯的结构和苯及其同系物的物理性质

-4.2 苯的结构及其物理性质--作业

-4.3 苯的亲电取代反应

--1. 苯的卤代反应、硝化反应和磺化反应

--2. 苯的傅-克反应、布兰克氯甲基化反应及加特曼-科赫反应

-4.3 苯的亲电取代反应--作业

-4.4 苯环上亲电取代反应的定位效应

--1. 单取代苯的定位效应

--2. 二取代苯的定位效应及定位效应的应用、苯环侧链的取代及氧化反应

-4.4 苯环上亲电取代反应的定位效应--作业

-4.5 稠环芳香烃

--稠环芳香烃

-4.5 稠环芳香烃--作业

-4.6 芳香性及休克尔规则

--芳香性及休克尔规则

-4.6 芳香性及休克尔规则--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第五章立体化学

-5.1 旋光异构的基本概念

--旋光异构的基本概念

-5.1 旋光异构的基本概念--作业

-5.2 对映异构与手性分子

--对映异构与手性分子

-5.2 对映异构与手性分子--作业

-5.3 含有一个手性原子的化合物

--对映异构体的性质及其表示方法

--对映异构体的构型标记

-5.3 含有一个手性原子的化合物--作业

-5.4 具有两个手性中心的化合物

--具有两个手性中心的化合物

-5.4 具有两个手性中心的化合物--作业

-5.5 无手性碳原子的手性分子

--无手性碳原子的手性分子

-5.5 无手性碳原子的手性分子--作业

-5.6 对映异构体的不同生物活性

--对映异构体的不同生物活性

-5.6 对映异构体的不同生物活性--作业

-5.7 手性化合物的获取方法

--手性化合物的获取方法

-5.7 手性化合物的获取方法--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第六章卤代烃

-6.1 卤代烃的分类与命名

--卤代烃的分类与命名

-6.2 卤代烷的结构及其亲核取代反应

--1. 卤代烷的结构和双分子亲核取代反应（SN2）

-6.3 不饱和卤代烃的亲核取代反应

-6.4 卤代烷的消除反应

-6.5 消除反应与亲核取代反应的竞争和卤代烷与金属镁的反应

--消除反应与亲核取代反应的竞争和卤代烷与金属镁的反应

有机实验2：阿司匹林的制备

-实验演示

--Video

第七章醇、酚、醚

-7.1 醇的结构、分类及命名

-7.2 醇的物理性质和化学性质

-7.3 酚的结构、分类、命名及物理性质

-7.4 酚的化学性质

--2. 酚环上的取代、氧化和显色反应以及酚醚和酚酯的形成

-7.5 醚的结构、分类、命名及物理性质

--醚的结构、分类、命名及物理性质

-7.6 醚的化学性质

--醚的化学性质

第八章醛、酮、醌

-8.1 醛酮的分类、命名及结构

--醛酮的分类、命名及结构

-8.1 醛酮的分类、命名及结构--作业

-8.2 醛酮的亲核加成反应

--1. 与碳亲核试剂和格氏试剂的加成

--2. 与亚硫酸氢钠和氧亲核试剂的加成

-8.2 醛酮的亲核加成反应--作业

-8.3 羰基的还原和与氨的加成

--1. 与氨的加成，还原反应

--2. 克莱门森还原法和黄鸣龙还原、α-H的反应

-8.3 羰基的还原和与氨的加成--作业

-8.4 醛的特殊反应

--醛的特殊反应

-8.4 醛的特殊反应--作业

-8.5 醌

--醌

-8.5 醌--作业

第九章羧酸及其衍生物

-9.1 羧酸的分类、命名及结构

--1. 羧酸的分类及命名

--2. 羧酸的结构及物理性质

-9.1 羧酸的分类、命名及结构--作业

-9.2 羧酸的酸性及脱羧反应

--羧酸的酸性及脱羧反应

-9.2 羧酸的酸性及脱羧反应--作业

-9.3 羧酸α-H的卤代反应及羧酸衍生物的生成

--羧酸α-H的卤代反应及羧酸衍生物的生成

-9.3 羧酸α-H的卤代反应及羧酸衍生物的生成--作业

-9.4 酯化反应

--酯化反应

-9.4 酯化反应--作业

-9.5 Claisen酯缩合反应

--Claisen酯缩合反应

-9.5 Claisen酯缩合反应--作业

-9.6 羧酸衍生物的亲核取代反应

--羧酸衍生物的亲核取代反应

-9.6 羧酸衍生物的亲核取代反应--作业

-9.7 羧酸衍生物的还原反应及其与金属化合物的反应

--羧酸衍生物的还原反应及其与金属化合物的反应

-9.7 羧酸衍生物的还原反应及其与金属化合物的反应--作业

-本章习题

--本章习题--作业

有机实验3：薄层色谱

-实验演示

--薄层色谱

第十章含氮与杂环化合物

-10.1 硝基化合物

--硝基化合物

-10.1 硝基化合物--作业

-10.2 胺的分类和命名

--1. 胺的分类

--2. 胺的命名

-10.2 胺的分类和命名--作业

-10.3 胺的结构

--胺的结构

-10.3 胺的结构--作业

-10.4 胺的性质

--1. 碱性与成盐反应、酰化反应

--2. 与亚硝酸反应及芳环上的亲电取代反应

-10.4 胺的性质--作业

-10.5 芳香重氮盐的性质

--芳香重氮盐的性质

-10.5 芳香重氮盐的性质--作业

-10.6 杂环的分类、命名及结构

--1. 杂环的分类和命名

--2. 杂环化合物的结构

-10.6 杂环的分类、命名及结构--作业

-10.7 杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物

--杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物

-10.7 杂环化合物的性质、含两个N原子的杂环化合物以及稠环化合物--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第十一章氨基酸、肽、蛋白质

-11.1 氨基酸

--氨基酸

-11.1 氨基酸--作业

-11.2 肽和蛋白质

--肽和蛋白质

-11.2 肽和蛋白质--作业

-本章习题

--本章习题--作业

有机实验4：甲基橙的制备

-实验演示

--甲基橙的制备

第十二章单糖、寡糖和多糖

-12.1 糖的定义、分类和命名

--糖的定义、分类和命名

-12.1 糖的定义、分类和命名--作业

-12.2 单糖的结构及表示方法

--单糖的结构及表示方法

-12.2 单糖的结构及表示方法--作业

-12.3 单糖的理化性质

--单糖的理化性质

-12.3 单糖的理化性质--作业

-12.4 二糖

--二糖

-12.4 二糖--作业

-12.5 多糖

--多糖

-12.5 多糖--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第十三章高分子化合物

-13.1 高分子科学发展简史

--高分子科学发展简史

-13.1 高分子科学发展简史--作业

-13.2 高分子化合物的基本概念

--高分子化合物的基本概念

-13.2 高分子化合物的基本概念--作业

-13.3 高分子化合物的结构和性能

--高分子化合物的结构和性能

-13.3 高分子化合物的结构和性能--作业

-13.4 高分子化合物的应用和展望

--高分子化合物的应用和展望

-13.4 高分子化合物的应用和展望--作业

-本章习题

--本章习题--作业

第十四章有机化学研究前沿

-14.1 钯催化交叉偶联

-14.2 天然产物全合成

-14.3 药物中的有机化学

-14.4 自修复高分子

-14.5 有机化学合成中的新型固体催化剂

--有机化学合成中的新型固体催化剂

-14.6 有机光电功能材料

--有机光电功能材料

-14.7 绿色有机合成化学-光催化的有机新反应

--绿色有机合成化学-光催化的有机新反应

-本章习题

--本章习题--作业

有机实验室安全事项

-有机实验室安全事项

--有机实验室安全事项

1. 卤代烷的结构和双分子亲核取代反应（SN2）在线视频