親核性試劑攻擊sp3-混成軌域的碳原子的取代反應 Substitution by Nucleophiles at sp3-Hybridized Carbon

有機化學的基礎258

1.     我們常用的改變官能基的方法是「均勻斷裂取代反應homolytic substitution」和「親核性試劑取代反應nucleophilic substitution」。

2.     「均勻斷裂取代反應」能把「氯」或「溴」取代基加到「碳氫化合物」上；「親核性試劑取代反應」，能進一步把「鹵素」換成其他官能基。在這個章節我們會更詳細地討論SN1和SN2反應中化合物轉變的細節。

3.     為了應用「取代反應」，使「sp3混成軌域」的「碳」，形成新的「碳－碳」和「碳－異質原子」鍵，你必須熟練「親核性試劑」反應物所引導的一系列反應。

4.     這些系列反應可分為二類：第一、形成產物時，形成新的「碳－異質原子」鍵。第二、形成新的「碳－碳」鍵。

5.     第一類反應是使某一種官能基變成另一種的方法，舉例來說，「溴化甲烷methyl bromide」轉變成「甲醇methanol」：

注：「親核性試劑」用「藍色」標示，「親電性試劑」用「紅色」標示。

6.     第二類反應是用一組工具（反應物）來增加碳原子數，製造出比較大的有機分子：

n   翻譯編寫 Marye Anne Fox, James K. Whitesell《Organic Chemistry》

徐弘毅：

1.     均勻斷裂取代反應：又稱「自由基鹵化反應free-radical halogenation」，均勻斷裂的「鹵素自由基」，取代「載體」的「氫原子」，被取代的「載體」通常是「烷alkane」。

2.     「自由基鹵化反應」是「多步驟反應」，分為「起始步驟」、「傳播步驟」與「終止步驟」。

3.     親核性試劑取代反應：在這個化學變化中，分子的「離去基」，被富含電子的反應物（親核性試劑）取代。

4.     親核性試劑取代反應，依據是不是有「中間產物」與「決定速率步驟」的關鍵，分為二種：

一、「單步驟」（協同 concerted）的「雙分子親核性試劑取代反應－SN2」，「決定速率」的步驟由二個反應分子的互動決定，涉及「化學鍵」的形成與斷裂。

二、「多步驟」的「親核性取代反應－SN1」，決定速率的步驟只有一個分子，只涉及「化學鍵」斷裂。

5.     更進入分子結構的世界中，親核性試劑取代反應，可依據改變「官能基」時，「中心碳原子」鍵結的對象，分為二種：

一、變成產物時，載體的「中心碳原子」與「異質原子」，形成新的「碳－異質原子」鍵。

二、變成產物時，載體「中心碳原子」與其他的「碳原子」，形成新的「碳－碳」鍵；這樣會增加分子的碳原子數。