UKChO有机机理不会？从亲核取代反应带你学第一篇：SN2反应

对于计划申请化学、生物等相关专业的同学来说，参加一项有含金量的学术竞赛无疑是提升申请竞争力的重要方式。而在众多化学竞赛中，UKChO（英国化学奥林匹克竞赛）无疑是最值得关注的一个。不仅能深入锻炼化学思维，还能为大学申请加分不少。

针对UKChO竞赛中的重难点考察知识，TD 理科竞赛教师——杨行老师，将在下文中带大家从亲核取代反应加深对有机机理的理解，下面就来一起看看吧~

（一）亲核取代反应是什么

1.亲核取代一般原理

亲核取代（Nucleophilic substitution，SN)是有机反应当中最基础最重要的反应机理类型之一。也是UKChO考试中有机题目一定会涉及的机理。其中电子密度高的物质称为亲核试剂，取代另一个缺电子分子（称为亲电子试剂）内的官能团。

最一般的反应形式如下：

来自亲核试剂的电子对攻击底物R−LG 并与其结合。同时，离去基团LG带着电子对离开。本例中的主要产物是R−Nuc。亲核试剂可以是电中性的或带负电的，而底物通常是中性的或带正电的。

2.亲核取代的实例

亲核取代的一个例子是烷基溴R-Br在碱性条件下的水解，其中攻击亲核基团是氢氧根OH - ，离去基团是溴离子 Br-

亲核取代反应在有机化学中很常见。亲核试剂经常攻击饱和脂肪族碳。当然它们也可能攻击芳香族或不饱和碳，只不过不太常见。

3.两种亲核取代的原理

在亲核取代反应当中，主要是两种机制在起作用，我们称之为SN1，SN2反应。其中S代表substitution取代反应，N代表nucleophilic亲核机理，1、2代表反应的级数。

SN1还是SN2主要取决于被进攻原子的所连接的烷基数目。

如下图，tertiary三级碳倾向于发生SN1反应，越靠近primary一级碳就越倾向于发生SN2反应。

（二）双分子亲核取代反应SN2

1.双分子亲核取代SN2机理

亲核试剂的加成和离去基团的消除同时发生就是SN2反应，亲核试剂一般从离去基团的背侧进攻，亲核试剂不断接近，离去基团不断离去。这就是SN2反应的典型特征。

如下动图。

具体而言，比如CH3SH与CH3I发生二甲基锍的SN2反应的球棍模型。请注意，攻击组是从离去基团的背面发起攻击的。

背侧进攻的模式使中心原子的构型发生翻转。如下图溴离子从氯离子背侧的进攻，形成五配位的中间体。

2.亲核取代原理的轨道机理（进阶学员选择性了解）

SN2可以被视为亲核试剂和底物之间的HOMO-LUMO 相互作用。仅当亲核试剂占据的孤对轨道将电子提供给中心碳和离去基团之间未填充的σ* 反键轨道时，才会发生该反应。在整个反应过程中，由于从反应物的分子轨道向产物的分子轨道跃迁，在反应中心形成p轨道。

为了实现最佳轨道重叠，亲核试剂相对于离去基团进行 180° 攻击，导致离去基团被推离另一侧，并通过中心原子处的四面体几何反转产物。

3.SN2反应的常考实例

例如，真菌代谢物macrocidin A的合成涉及通过SN 2反应进行分子内闭环步骤，其中苯氧基团作为亲核基团，先通过碱脱去羟基上的氢离子形成进攻性更强的氧负离子，氧负离子仅供，卤化物作为离去基团，形成醚。此类以醇盐作为亲核试剂的反应被称为威廉姆森醚合成。

4.SN2反应的中的手性问题

如果进行SN2反应的碳本身是手性的，那么背侧进攻会发生构型翻转。如下图。

5.离去基团leaving group

被进攻试剂上有好的离去基团可以大大促进SN2反应的发生，有效的提高反应速率。

好的离去基团能够稳定断键后的电子云密度。

一个简单的判断好的离去基团的办法是看它对应的共轭酸的酸性（pKa），酸性越强（pKa越小），离去基团越稳定。离去基团是电中性的比如水、醇、胺都是很好的离去基团。他们在被亲核试剂进攻而离去之前是带正电的，具有很强的酸性。

磺酸盐可以大大增加醇离去基团活性，比如tosylate (−OTs), triflate (−OTf), mesylate (−OMs)。

如下图。

比如2020年第3题就直接使用了磺化试剂提高被进攻试剂离去基团的离去属性。