第6章卤代烃HalogenatedHydrocarbons.ppt
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1、第6章 卤代烃Halogenated Hydrocarbons,有机化学,返回,基本内容和重点要求,卤代烃的结构特点、化学性质 亲核取代反应的类型、机理及影响因素 消除反应的类型、机理及影响因素 卤代烃与活泼金属的反应及应用,返回,重点要求掌握卤代烃的重要反应。亲核取代反应、消除反应机理及影响因素。,6.1 卤代烃的分类和命名6.2 卤代烃的制备6.3 卤代烃的物理性质6.4 卤代烷烃的化学性质6.5 亲核取代反应机理及消除反应机理6.6卤代芳烃的亲核取代反应,第6章 卤 代 烃,返回,上页,按卤素所连接的烃基类型分为:CH3CH2Cl(氯乙烷)饱和卤代烃(卤代烷)CH2CHCl(氯乙烯)不饱
2、和卤代烃,6.1.1 卤代烃的分类,(氯苯)芳香族卤代烃,返回,6.1 卤代烃的分类和命名,CH3CH2CH2Cl(1-氯丙烷)伯卤代烃(一级卤代烃)CH3CHClCH3(2-氯丙烷)仲卤代烃(二级卤代烃)(CH3)3CCl(叔丁基氯)叔卤代烃(三级卤代烃),卤代烷烃,按卤素所连接的碳原子类型,返回,乙烯型卤代烯烃:卤原子直接与双键碳原子相连,如:CH2CHCl(氯乙烯)烯丙型卤代烯烃:卤原子直接与双键的-碳原子相连,如:CH2BrCHCH2(烯丙基溴)隔离型卤代烯烃:卤原子与和双键相隔两个或两个以上的饱和碳原子相连,如:CH2CHCH2CH2CH2Cl(5-氯-2-戊烯),卤代烯烃,返回,卤
3、苯型卤代芳烃:卤原子直接与苯环相连,如:,苄型卤代芳烃:卤原子直接与苯环的-碳原子相连,如:,(氯苯),(苄基溴),卤代芳烃,返回,CH3Cl 氯甲烷(或甲基氯)CH2CHCl 氯乙烯(或乙烯基氯)(CH3)3CBr 叔丁基溴,普通命名法,6.1.2 卤代烃的命名,氯代环己烷(或环己基氯),苄基溴(或溴化苄、苯溴甲烷),返回,3-甲基-1-氯-5-溴戊烷,3-甲基-1-溴戊烷,卤代烷烃与烷烃的命名方法类似,将卤素视为取代基,系统命名法,返回,3-甲基-4-乙基己烷,2-氯-1-溴-3-碘丙烷,2-甲基-3-氯丁烷,返回,卤代烯烃与烯烃的命名方法类似,将卤素视为取代基,3-氯丙烯,4-溴-2-戊
4、烯,返回,3-甲基-4-氯-2-戊烯,2-乙基-4-氯-1-丁烯,返回,卤代烯烃有顺反异构体的,用Z/E或顺/反标明其构型,BrCl,ClCH3(E)-1,2-二氯-1-溴丙烯或 顺-1,2-二氯-1-溴丙烯,C2H5H,Cl CH3(Z)-2-氯-2-戊烯,返回,卤代芳烃若卤素与苯环直接相连,将卤素视为取代基,1,2-二氯苯,3,4-二溴甲苯,返回,卤代芳烃若卤素与苯环的支链相连,则将苯环视为取代基,2-苯基-1-氯丁烷,返回,课堂练习:,(R)-3-甲基-2-氯戊烷,(Z)-1-氯-1-溴-1-丁烯,反-1-甲基-2-氯环丙烷,6.2 卤代烃的制备,以含直链正构烷烃95%的液体石蜡为原料,
5、经氯化反应而制得的氯化烷烃混合物称氯化石蜡。,返回,6.2.1 烃类的卤化,由烷烃:,由烯烃:,返回,6.2.1 烃类的卤化,返回,由芳烃:,6.2.1 烃类的卤化,返回,【例6-1】以苯和乙烯为原料合成:,解:,6.2.2 由醇制备,返回,醇和卤化氢、卤化磷或亚硫酰氯反应,分子中的羟基可被卤原子取代而得到相应的卤代烷,这是实验室以及工业制备卤代烷的最普遍的方法。,6.3 卤代烃的物理性质,室温下,四个碳以下的氟代烷以及两个碳以下的氯代烷、溴代烷为气体,其余大多数卤代烷 都是液体或固体。由于卤代烃分子极性较大,所以其熔点、沸点比相对分子质量相当的烃类分子要高得多,并随卤素相对原子质量的增加而升
6、高。卤代烃难溶于水,易溶于有机溶剂。一些卤代烃如CH2Cl2、CHCl3等是常用的有机溶剂。,返回,几乎所有含卤有机物都具有毒性,一些多卤代烃具有强力杀虫效果,如六六六、DDT等都曾是应用非常广泛的杀虫剂,但由于它们在自然环境中会造成积累性污染,并可在动物脂肪内蓄积,目前已被世界各国限制使用。,返回,DDT(2,2-双(4-氯苯基)-1,1,1-三氯乙烷),6.3 卤代烃的物理性质,卤代烃分子中卤原子数目增多,则可燃性降低。一些卤代烃是重要阻燃剂,但是它们在燃烧与加热过程中会释放有害物质,制造、循环回收、或抛弃家电及其他消费性产品的行为,则是造成这些污染物释放到环境的主要途径。,返回,六溴环十
7、二烷,四溴双酚A,十溴二苯醚,8.4.1 卤代烷的结构特点8.4.2 卤代烷的亲核取代反应及机理8.4.3 卤代烷的消除反应及机理8.4.4 与金属的反应,6.4 卤代烷烃的化学性质,返回,上页,卤素原子电负性较大,吸电子作用使卤素原子带有部份负电荷,与卤素原子相连的碳原子带有部份正电荷,碳卤键具有较大极性,卤代烷分子由于官能团卤素的存在而具有较活泼的化学性质,反应大多发生在碳卤键上。,返回,6.4 卤代烷烃的化学性质,在带负电荷的亲核试剂作用下,碳卤键较易发生异裂,使得卤素原子被其它基团取代,这种类型的反应称为亲核取代反应(Nucleophilic Substitution)。,亲核试剂(n
8、ucleophilic reagent),离去基团(leaving group),6.4.1 亲核取代反应,返回,卤代烷与氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液一起加热,卤原子被羟基取代生成醇,称为水解反应。RX+OH ROH+X CH3I+OH CH3OH+I C6H5-CH2Cl+OH C6H5-CH2 OH+Cl,6.4.1.1 水解反应,返回,用KCN的乙醇水溶液处理卤代烷或以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,卤原子被氰基取代生成腈。,6.4.1.2 与氰化钠(钾)反应,这个反应的产物较原料卤代烷增加了一个碳原子,在有机合成中是增长碳链形成碳碳键的一种方法。引入氰基后可转变为羧基、氨基等。,CH3(C
9、H2)2CH2Cl+NaCN CH3(CH2)2CH2CN+NaCl,返回,RX+CN RCN+X,卤代烷与醇钠(钾)的醇溶液回流时,卤原子被烷氧基取代生成醚,这是混醚的制法(Williamson法),6.4.1.3 与醇钠(钾)作用,C2H5I+n-C5H11CH2ONa n-C5H11CH2OC2H5+NaI,返回,RX+RO ROR+X,卤代烷用浓氨水处理,可以得到胺的混合物,称为氨解反应。,6.4.1.4 与氨(胺)反应,当用碱处理时可释放出游离胺:,返回,生成的胺也可以与卤代烷进一步反应:,返回,最终得到季铵盐:,卤代烷与硝酸银的醇溶液反应,生成硝酸酯和卤化银沉淀。,6.4.1.5
10、与硝酸银反应,这是鉴别卤代烷的简便方法。卤代烷与硝酸银醇溶液反应的相对活性是:;RIRBrRCl,返回,在丙酮中,氯代烷和溴代烷都可与碘化钠反应生成碘代烷。,6.4.1.6 卤原子交换反应,返回,碘化钠溶于丙酮,而氯化钠和溴化钠都不溶,因而可在丙酮中沉淀出来,使平衡向右移动。这个反应可用于实验室碘代烷。,卤代烷与强碱的醇溶液共热,脱去卤原子和相邻碳上的氢原子(-H)生成烯烃。这种分子中失去一个简单分子形成不饱和键的反应称为消除反应(Elimination Reaction),用E表示。消除反应是制备烯烃的重要方法。,-H,6.4.2 消除反应,返回,查依采夫(AMSaytzeff)规则,二级和
11、三级卤代烷脱卤化氢时,反应可以在碳链的不同方向进行,得到不同的产物,但其中占优势的产物是从含氢较少的-碳原子上脱去氢原子而生成的烯烃,最稳定的烯烃通常是取代基最多的烯烃。,含氢较少,含氢较少,返回,若消除反应的产物有可能生成共轭烯烃时,则消除方向总是有利于向生成共轭烯烃的方向进行。这是因为共轭二烯烃产物有更大的稳定性。,返回,邻二卤代烷能发生脱卤化氢反应生成炔烃,通常消去第一分子卤化氢比较容易,但第二分子卤化氢的消去比较困难,因而需要在更强的条件下消除。,返回,邻二卤化物除了能发生脱卤化氢反应生成炔烃或较稳定的共轭二烯烃外,也可发生脱去卤素生成烯烃的反应。,返回,卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应
12、,生成有机镁化合物(格利雅试剂)。,6.4.3 与金属的反应,返回,无水乙醚,6.4.3.1 与金属镁反应,格利雅(Grignard)试剂,RMgX表示多种有机镁化合物(R2Mg、(RMgX)n)的混合物,称为格利雅(Grignard)试剂,简称格氏试剂。格氏试剂中,金属原子直接与碳原子成键(MgC),这种金属原子直接与碳原子相连的化合物称为有机金属化合物。,格氏试剂能和多种含羰基的化合物(如醛、酮、酯、CO2等)反应,生成相应的化合物,是有机合成中使用非常广泛的一种试剂。,返回,法国人。二十一岁时,格利雅在里昂大学学习期间,发现了烷基卤化镁试剂,即后以其姓氏命名的格氏试剂。1906年,格利雅
13、被里昂大学聘请为教授,1910年又担任了南雪大学的教授。在这段时间内,他一直从事有机金属镁化物的研究,到第一次世界大战开始后,他改行从事重油裂解提取甲苯的工作。1912年,由于格利雅在发明“格利雅试剂”和“格利雅反应”中所作的重大贡献,而获得诺贝尔化学奖。,维克多格利雅Victor Grignard1871-1935,上页,退出,下页,返回,一级或二级卤代烷在烃类溶剂中与金属锂作用可以直接生成有机锂化合物。,烷基锂的性质与格氏试剂相似,但比格氏试剂更为活泼,广泛用于有机合成。,返回,6.4.3.2 与金属锂反应,二分子卤代烷与金属钠共热,烃基发生偶联,生成烷烃和卤化钠,反应称为武慈(Wurtz
14、)反应。,利用这个反应可以从较低级的卤代烷制备较高级的烷烃,但这种方法一般只适用于用同一种卤代烷为原料来制备烷烃,若用两种不同的卤代烷,则生成性质相似的交叉产物,分离困难。,返回,6.4.3.3 与金属钠反应,速度很慢,速度很快,6.5.1 亲核取代反应机理,研究发现:,返回,6.5 亲核取代反应机理及消除反应机理,速度随碱浓度的增加而增加,速度基本不受碱浓度的影响,(R),增加程度减小,返回,CH3Br+OH-CH3OH+Br-=kCH3BrOH-,=k(CH3)3C-Br,双分子历程(SN2),单分子历程(SN1),返回,研究表明,溴甲烷的碱性水解反应速率与卤代烷的浓度以及碱的浓度成正比。
15、CH3Br+OH-CH3OH Br-v=kCH3BrOH-,6.5.1.1 双分子历程(SN2),返回,亲核试剂从碳-卤键的背后进攻,所受的空间位阻最小,返回,溴甲烷的亲核取代反应,返回,动画,亲核试剂在离去基和碳原子间价健的背面进攻,离去基团,过渡态,分子构型反转,瓦尔登(Walden)转化,sp3杂化,sp2杂化,sp3杂化,返回,下页,上页,退出,过渡态结构,返回,瓦尔登(Walden)转化,反应前,反应后,返回,消旋化速度是交换速度的二倍,丙酮,瓦尔登(Walden)转化,返回,S,R,反应进行到一半时:,50%反应物,50%产物,外 消 旋 体,返回,如果取代反应发生在旋光性卤代烷的
16、手性碳原子上,则生成的醇构型与反应物卤代烷的构型正好相反。如(S)-2-溴辛烷与氢氧化钠的乙醇水溶液反应得到(R)-2-辛醇。,瓦尔登(Walden)转化,返回,S型,R型,HO,C6H13,6,反应前,反应后,13,瓦尔登(Walden)转化,返回,SN2反应进程能量变化图,返回,反应连续进行,无中间体生成;在决定反应速率的这一步骤中,发生共价键变化的有两种分子;反应速率与卤代烷及亲核试剂的浓度成正比;反应前后分子构型发生翻转,SN2反应的特点,返回,研究表明,叔丁基溴碱性水解速率与叔丁基溴的浓度成正比,而与碱的浓度无关。,=k(CH3)3C-Br,6.5.1.2 单分子历程(SN1),返回
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