
【化】 mechanism of bimolecular electrophilic substitution
both; double; even; twin; two; twofold
【化】 dyad
【医】 amb-; ambi-; ambo-; bi-; bis-; di-; diplo-; par
element; member; molecule; numerator
【计】 molecusar
【化】 molecule
【医】 molecule
benignity; for oneself; parent; relative
electron
【化】 electron
【医】 e.; electron
【化】 substitution reaction
mechanism
【化】 mechanism
【医】 mechanism
双分子亲电子取代反应(Bimolecular Electrophilic Substitution, 简称 SE2)是有机化学中一类重要的取代反应机理,指一个亲电试剂(Electrophile)进攻富电子底物,同时离去基团(Leaving Group)脱离的过程,该过程涉及亲电试剂与底物分子共同参与决定反应速率的步骤(即动力学上为二级反应)。
亲电试剂进攻
亲电试剂(E⁺)接近底物分子(R-L)中富含电子的部位(如芳环、烯烃双键或带有给电子基的碳原子)。该步骤与亲核取代(SN2)的背面进攻不同,亲电试剂通常从电子云密度较高的区域接近。
过渡态形成
亲电试剂与底物部分成键,离去基团(L)则部分断键,形成线性或接近线性的过渡态结构(R⋯E⁺⋯L)。此步骤需要较高活化能,是反应的决速步。
离去基团脱离
过渡态解离,亲电试剂(E⁺)与底物(R)完全成键,离去基团(L)携带一对电子离开,生成产物(R-E)。
芳香亲电取代(Electrophilic Aromatic Substitution)
苯环硝化反应中,亲电试剂硝鎓离子(NO₂⁺)进攻苯环,同时氢原子以质子形式离去: $$ce{ C6H6 + NO2+ ->[text{SE2}] C6H5NO2 + H+ }$$ 过渡态中苯环的共轭体系部分破坏,反应后恢复芳香性。
脂肪族亲电取代
烯烃与卤化氢加成遵循类似机理(如马氏规则): $$ce{ CH2=CH2 + HBr -> CH3CH2Br }$$ 质子(H⁺)作为亲电试剂进攻双键,溴离子(Br⁻)作为离去基团参与过渡态。
中文术语 | 英文术语 |
---|---|
双分子亲电取代 | Bimolecular Electrophilic Substitution (SE2) |
亲电试剂 | Electrophile |
离去基团 | Leaving Group |
过渡态 | Transition State |
决速步 | Rate-Determining Step |
芳香亲电取代 | Electrophilic Aromatic Substitution |
硝鎓离子 | Nitronium Ion |
第8版详细解析亲电取代机理的动力学与立体化学特征,涵盖芳环与脂肪族体系案例 。
明确定义SE2机理的动力学标准与分子协同性(Section 4.5.1.2)。
第6章系统对比SE1/SE2机理,强调过渡态结构与溶剂效应 。
规范中文术语“亲电取代”与“双分子机理”的对应关系(2020版)。
结构图示:苯的亲电取代(SE2)过渡态
H
/
C (部分键合)
/
E⁺---C (亲电试剂进攻)
/
C (共轭体系部分破坏)
L (离去基团脱离)</code></pre>
网络扩展解释
双分子亲电取代反应(SE2机理)是亲电取代反应的一种重要类型,其核心特征在于反应涉及两个分子(亲电试剂和底物)同时参与过渡态的形成。以下是其机理的详细解释:
-
反应过程与立体化学
亲电试剂从离去基团的背面进攻中心碳原子,形成过渡态时,中心碳的键结构经历从“伞形”到“平面形”的转变。这一过程中,旧键(底物与离去基团)部分断裂,新键(亲电试剂与中心碳)部分形成,属于协同反应(键断裂与形成同时进行)。
-
动力学特征
反应速率与底物和亲电试剂的浓度均成正比,即遵循二级动力学方程:
$$
text{速率} = k[text{底物}][text{亲电试剂}]
$$
这与SN2反应的动力学特性类似,但作用试剂类型不同(亲电而非亲核)。
-
与SE1/SN2的对比
- SE1:单分子机理,分步进行,首先生成碳正离子中间体,速率仅与底物浓度相关。
- SN2:亲核试剂背面进攻,中心碳发生构型翻转(瓦尔登反转),而SE2中亲电试剂的进攻方向同样会导致立体化学变化,但因反应类型差异,具体表现可能不同。
-
应用与实例
此类机理常见于芳香族亲电取代(如苯环的硝化、磺化),但部分脂肪族化合物(如三级卤代烃)在特定条件下也可能通过SE2进行反应。
总结来说,SE2机理强调协同的键变化和双分子参与的过渡态,其立体电子效应和动力学特征是其区别于其他取代反应的核心标志。
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