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亲核取代反应

指数 亲核取代反应

親核取代反應,或称亲核性取代反应,親核攻擊,通常發生在帶有正電或部份正電荷的碳上,碳原子與帶有負電或部份負電的親核试剂(Nu:−)產生反應而被取代。常分為兩種反應機構:.

24 关系: 卤素反应级数反应机理双分子亲核取代反应取代基取代反应对映异构位阻效应化學反應速率碳-碳键碳正离子立体化学芳香族亲核取代反应质子溶剂过渡态重排反应離去基團電荷速率控制步驟速率方程极性消除反应溶劑效應

卤素

卤素是元素周期表上的第ⅦA族元素(IUPAC新规定:17族),包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、-zh-hans:砹; zh-hant:砈;-(At)和(Ts)。.

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反应级数

反應級數,為化学反应速率方程中,反应物浓度的指数總和。.

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反应机理

-- 化学中,反应--用来描述某一化学变化所经由的全部基元反应。虽然整个化学变化所发生的物质转变可能很明显,但为了探明这一过程的反应机理,常常需要实验来验证。 机理详细描述了每一步转化的过程,包括过渡态的形成,键的断裂和生成,以及各步的相对速率大小,等等。完整的反应机理需要考虑到反应物、催化剂、反应的立体化学、产物以及各物质的用量。 反应机理中各步的顺序也是很重要的。有些化学反应看上去是一步反应,但实际上却经由了多步,例如如下反应: 该反应中,实验测得的速率方程为:\ R.

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双分子亲核取代反应

SN2反应(双分子亲核取代反应)是亲核取代反应的一类,其中S代表取代(Substitution),N代表亲核(Nucleophilic),2代表反应的决速步涉及两种分子。与SN1反应相对应,SN2反应中,亲核试剂带着一对孤对电子进攻具亲电性的缺电子中心原子,形成过渡态的同时,离去基团离去。反应中不生成碳正离子,速率控制步骤是上述的协同步骤,反应速率与两种物质的浓度成正比,因此称为双分子亲核取代反应。 在无机化学中,常称双分子亲核取代反应类型的反应机理为“交换机理”。.

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取代基

取代基是取代的无机或有机化合物中氢原子的基团,取代发生后,会形成新的化合物。不同的取代基会导致不同的效应,如诱导效应、共振效应、电子效应及立体效应等,从而使不同的化合物产生不同的性质。一般“取代较多”与“氢较少”是同义词。 以下是一些取代基多少影响反应方向的例子:.

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取代反应

取代反應(Substitution reaction)是一種重要的有機化學反應,其定義是分子中的一個原子或原子團被其他原子或原子團取代。而取代反應主要依照反應中所使用的試劑分為親核取代反應與親電取代反應兩大類,但也有不屬於前面兩種類型的取代反應,將會在下文提及。 有機的取代反應會依以下的特點,被歸類到若干個有機取代反應類別中:.

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对映异构

對映異構體(Enantiomer),又稱對掌異構物、光學異構物、鏡像異構物或对映异构体或旋光异构体,不能與彼此立體異構體鏡像完全重疊。 互為鏡像(mirror images)的分子。不对称碳原子和四種不同的原子或原子基團連結,不對稱碳為手性中心。當有n個手性中心時,則最多有2的n次方立體異構物。 來源於希臘文,具有左手對右手那樣鏡像關係的一對物質。無論怎樣擺佈都不能使這些鏡像成為同一物。有對稱平面的物質不能是對映體,因為它和它的鏡像是等同的。乳酸那樣的分子對映體,除了與其他不對稱分子的化學反應以及與偏振光作用外,具有完全相同的化學物質。對映體在結晶學中很重要,因為許多晶體是由單個分子的右手型和左手型交替排列的。對晶體的完整描述,就是要說明這些型體彼此間是如何混合的。兩種光學活性的酒石酸,即所謂d-酒石酸和l-酒石酸就是一對對映體的實例。.

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位阻效应

位阻效应(也叫空间效应、空间位阻效应、立体效应)是研究分子中不同基团间電子團重疊形成的電磁力而造成的分子结构或反应取向的立体化学分枝。广泛应用于有机化学中分子结构及反应机理的定性讨论,但在有些情况下可能导致偏差或谬误。 Category:立体化学 Category:物理有机化学.

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化學反應速率

反应速率即化学反应进行的快慢,单位为mol/(L·s)或mol/(L·min)。用单位时间内反应物的浓度的减少或生成物浓度的增加量来表示。浓度单位一般用莫耳·升-1,时间单位用秒、分或小时。化学反应并非均匀速率进行:反应速率分为平均速率(一定时间间隔裡平均反应速率)和瞬时速率(给定某时刻的反应速率),可通过实验测定。反应物本身的性质,外界因素:温度,浓度,压强,催化剂,光,激光,反应物颗粒大小,反应物之间的接触面积和反应物状态,x射线,γ射线,固体物质的表面积,与反应物的接触面积,反应物的浓度也会影响化学反应速率。 \Delta v(A).

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碳(Carbon,拉丁文意為煤炭)是一種化學元素,符號為C,原子序数為6,位於元素週期表中的IV A族,屬於非金屬。每個碳原子有四顆能夠進行鍵合的電子,因此其化合價通常為4。自然產生的碳由三種同位素組成:12C和13C為穩定同位素,而14C則具放射性,其半衰期約為5,730年。碳是少數幾個自遠古就被發現的元素之一(見化學元素發現年表)。 碳的同素異形體有數種,最常見的包括:石墨、鑽石及無定形碳。這些同素異形體之間的物理性質,包括外表、硬度、電導率等等,都具有極大的差異。在正常條件下,鑽石、碳納米管和石墨烯的熱導率是已知材質中最高的。 所有碳的同素異形體在一般條件下都呈固态,其中石墨的熱力學穩定性最高。它們不易受化學侵蝕,甚至連氧都要在高溫下才可與其反應。碳在無機化合物中最常見的氧化態為+4,並在一氧化碳及過渡金屬羰基配合物中呈+2態。無機碳主要來自石灰石、白雲石和二氧化碳,但也大量出現在煤、泥炭、石油和甲烷水合物等有機礦藏中。碳是所有元素中化合物种类最多的,目前有近一千萬種已記錄的純有機化合物,但這只是理論上可以存在的化合物中的冰山一角。 碳的豐度在地球地殼中排列第15(见地球的地殼元素豐度列表),並在全宇宙中排列第4(见化學元素豐度),名列氫、氦和氧之下。由於碳元素極為充沛,再加上它在地球環境下所能產生的聚合物種類極為繁多,因此碳是地球上所有生物的化學根本。.

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碳-碳键

碳-碳鍵是一連接兩個碳原子的共價鍵。其中最普通的形式是單鍵:即一個鍵是由兩個電子组成,其中兩個原子分别提供一個電子。碳-碳單鍵屬於σ键,组成单键的兩個碳原子自身的电子先形成混成軌域,然后两个混成軌域之间形成碳-碳单键,例如乙烷的两个碳原子就是形成sp3混成軌域,但碳的單鍵也有形成其他混成軌域的例子(例如sp2對sp2)。其實單鍵二端的的碳原子不一定要形成相同的混成軌域。在烯烃中碳原子會形成雙鍵,在炔烃中碳原子會形成三键。雙鍵的组成是一个σ键(由两个形成sp2混成軌域的电子)和一个π鍵(由两个未參與混成的p軌域电子所構成)。三鍵则是一個sp混成軌域和二個p軌域所構成,其中二個原子各提供一個p軌域。雙鍵及三鍵中使用的p軌域會形成π鍵。當碳-碳鍵數愈多,鍵能愈大,鍵長愈短。 碳有一個很特殊的性質,那就是碳原子可以互相鍵結形成長鏈,此性質稱為「成鏈」。有了這個性質,碳原子就可以連結在一起形成眾多不同类型的分子,其中一些化合物對這個世界上的生命和人類的生活有極大的意義,有機化學就是專門研究有機分子的化學特性。.

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碳正离子

碳正離子,又稱作碳陽離子,是一個帶有正電的碳原子,其中最簡單的形式為甲基碳正離子CH3+,跟乙基碳陽離子C2H5+。有些碳正離子基會帶有兩個或更多的正電,正電可能會在同一個或是不同的碳上,如乙烯雙陽離子基C2H42+。 直到1970年代早期,碳陽離子都被視為碳離子。在近代的化學中,帶正電的碳原子就視作一個碳陽離子。根據碳原子的價數可以分成兩大類:三價的碳離子(質子化的碳烯),或五到六價的碳離子(質子化的烷類),而命名法為G.A.Olah所發表,碳正離子能藉由分散或离域正電荷來達到穩定。.

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立体化学

立体化学(stereochemistry),有机化学的主要内容。研究有机物在三维空间内的结构与变化的化学分支。由于碳以及所有其他元素的化学键往往不是在二维平面上伸展的,于是就产生了相应的异构现象,由此产生了立体化学这门学科。 十九世纪中叶前,人们对有机化合物的认识一直停留在二维空间。随着有机技术和分析技术的发展,大量同分异构体被合成和发现,人们对有机化合物的认识才逐渐深入。当时人们认为二取代甲烷(CH2R2)有两种同分异构体,但是人们始终只能合成得到一种二取代甲烷。直到1874年,年仅22岁的荷兰科学家凡特霍夫提出碳原子成键的新解释。.

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芳香族亲核取代反应

芳香族亲核取代反应(Nucleophilic Aromatic Substitution reaction,SNAr)是親核取代反應的一类,發生在芳香環上。當中一個親核體取代了一個好的離去基团,例如在芳香環上的鹵代烃。現有六種芳香環的親核取代反應機理。.

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质子溶剂

在化学中,质子溶剂指分子中带有羟基或氨基的溶剂。更加笼统的说,任何可以给出H+的溶剂都可以被叫做质子化溶剂,例如氢氟酸。非质子溶剂则与此相反,不能贡献氢离子。.

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过渡态

-- --是基元反应反应坐标中能量最高的一点所对应的分子构型。处于过渡态的分子也称为活化络合物。理论上,活化络合物是极不稳定的,它向反应物和生成物转化的概率相等;绝对的不可逆反应中,在过渡态这一时刻,所有的碰撞分子都会转化为产物。根据量子力学理论,活化络合物布居为零,过渡态是能量最高的一点,任何扰动都会导致它的改变,故无法分离出来,也是无法观测到的。 过渡态这一概念,对于理解有机反应机理具有很重要的作用。过渡态理论认为,化学反应不是通过反应物分子的简单碰撞就可以完成的,而是在反应物到生成物的过程中,经过了一个高能量的过渡态。这与爬山类似,山的最高点便是过渡态。过渡态是一种不稳定的反应物原子组合体,不可逆反应中,它可以很快地分解为产物。通常反应中间体的能量与过渡态相差不大,两者很难区分。借助于飞秒红外光谱,目前已经可以观测到接近过渡态时的分子构型结构。 Hammond假设认为,反应过渡态的结构与反应的吸放热性质有关,吸热反应中过渡态结构与产物更相似,放热反应则相反。过渡态与中间体能量相差不大时,两者的构型差别很小。 以下是氢氧根离子与溴乙烷发生双分子亲核取代反应中的过渡态示意图。.

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重排反应

重排反应(Rearrangement reaction)是分子的碳骨架发生重排生成结构异构体的化学反应,是有机反应中的一大类。重排反应通常涉及取代基由一个原子转移到同一个分子中的另一个原子上的过程,以下例子中取代基R由碳原子1移动至碳原子2: 分子间重排反应也有可能发生。 通常不用弯箭头表示的电子转移图来描述重排反应的机理。例如在Wagner-Meerwein重排反应中,烃基迁移的实际机理很可能涉及烃基沿键的类似流动性的转移,而非离子性的断键与成键。而在周环反应中,以轨道间相互作用来解释机理要比用电子转移来描述清晰得多。因此虽然在很多情况下可以画出重排反应的电子转移图机理,但它们极有可能与真实机理有较大偏差。 一些典型的重排反应:.

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離去基團

離去基團(或稱離去基)在化學反應中從一較大分子中脫離的原子或官能基。如下式中,Cl−就是離去基團: 當離去基團共軛酸的pKa越小,離去基團越容易從其他分子中脫離。原因是因為當其共軛酸的pKa越小,相应離去基團不需和其他原子結合,以陰離子(或電中性離去基團)的形式存在的趋势也就增强。因而强碱往往不是很好的离去基团。 溴化物作为离去基团和氢氧化物(取其OH - 的功能)作为亲核试剂。 对于SN1反应而言,以卤离子、拟卤离子和非配位阴离子作为离去基团较好,尤其是卤离子。可以加入银离子以生成难溶的卤化银,进一步向右拉动反应平衡。 若一個離去基團越容易從其他分子脫離,會稱之好的離去基團。以下是在室溫的水中比較離去基團容易從其他分子脫離的程度:.

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電荷

在電磁學裡,電荷(electric charge)是物質的一種物理性質。稱帶有電荷的物質為「帶電物質」。兩個帶電物質之間會互相施加作用力於對方,也會感受到對方施加的作用力,所涉及的作用力遵守庫侖定律。电荷分为两种,「正电荷」与「负电荷」。带有正电荷的物质称为「带正电」;带有负电荷的物质称为「带负电」。假若两个物质都带有正电或都带有负电,则称这两个物质「同电性」,否则称这两个物质「异电性」。两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力;两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。 电荷是许多次原子粒子所拥有的一种基本守恒性质。称带有电荷的粒子为「带电粒子」。电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。静止的带电粒子会产生电场,移动中的带电粒子会产生电磁场,带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力或电磁交互作用。这是四种基本交互作用中的一种。.

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速率控制步驟

速率控制步驟,又稱為速率限制步驟(限速步驟)或速率決定步驟(rate-determining step (RDS)),是一個化學詞彙,用以表達在化學反應中,反應速率最慢的一個步驟。認識一個化學反應當中最慢的一個步驟的重要性在於能夠有效率地改善整個化學反應的速度,從而達致更高的产率等。一個常用的比喻就是一條狹窄的水管——無論水流有多快,也無法改變水的流量。速率控制步驟就是影響整個化學反應速率的那條水管。.

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速率方程

化学反应速率方程是利用反应物浓度或分压计算化学反应的反应速率的方程。对于一个化学反应 mA + nB \rightarrow C\,,化学反应速率方程(与复杂反应速率方程相比较)的一般形式写作: 在这个方程中,\, 表示一种给定的反应物 X\, 的活度,单位通常为摩尔每升(mol/L\,),但在实际计算中有时也用浓度代替(若该反应物为气体,表示分压,单位为帕斯卡 (Pa\))。k\, 表示这一反应的速率常数,与温度、离子活度、光照、固体反应物的接触面积、反应活化能等因素有关,通常可通过阿累尼乌斯方程计算出来,也可通过实验测定。 指数x\,、y\,为反应级数,取决于反应历程。在基元反应中,反应级数等于化学计量数。但在非基元反应中,反应级数与化学计量数不一定相等。 复杂反应速率方程可能以更复杂的形式出现,包括含多项式的分母。 上述速率方程的一般形式是速率方程的微分形式,它可以从反应机理导出,而且能明显表示出浓度对反应速率的影响,便于进行理论分析。将它积分便得到速率方程的积分形式,即反应物/产物浓度 \, 与时间 t\, 的函数关系式。.

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极性

極性(polarity),在化學中指一根共價鍵或一個共價分子中電荷分佈的不均勻性。如果電荷分佈得不均勻,則稱該鍵或分子為極性;如果均勻,則稱為非極性。 物質的一些物理性質(如溶解性、熔沸點等)與分子的極性相關。.

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消除反应

消除反應(又稱脱去反应或消去反应),是一種有机反应。是指一有機化合物分子和其他物質反應,失去部份原子或官能基(稱為離去基)。反應後的分子會產生多鍵,為不飽和有機化合物。 消除反應分為下列兩種:.

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溶劑效應

溶劑效應是指溶劑所產生的一連串化學反應,會影響主要化學反應的反應速率、反應平衡、溶解度、穩定性甚至是反应机理;換而言之,化學反應中的熱力學和動力學可藉由選擇適當溶劑來控制。.

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