有机化学第九章卤代烷.ppt

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1、有 机 化 学ORGANIC CHEMISTRY,第九章 卤代烃CHAPTER 9 ALKYL HALIDES,第九章 卤代烃9 alkyl halides,分类(Classification),按烃基结构分类：,饱和卤代烃,不饱和卤代烃,卤代芳烃,按卤素数目分类：,一卤代烃 CH3Cl,二卤代烃 CH2ClCH2Br,多卤代烃 CHBr3,按卤素所连碳原子分类：,伯卤代烃 CH3CH2Cl,仲卤代烃 CH3CHBrCH2CH3,叔卤代烃(CH3)3CCl,按卤素种类分类：,氟代烃 CHF3,氯代烃 CHCl3,溴代烃 CHBr3,碘代烃 CHI3,CH3CH2I,CH2=CHCHBr2,Cl

2、,结构命名习惯命名：某烃基卤,第一节 卤代烃的结构和命名9.1 Structure and nomenclature of alkyl halides,CCl CBr C I 176 194 214 338.9 284.5 217.6,键长(pm),R C X,+,-,极性共价键，成键电子对偏向X.,(CH3)2CHCH2I,(CH3)3CCl,异丁基碘,isobutyl Iodide,仲丁基溴,Sec-butyl bromide,叔丁基氯,Tert-butyl chloride,键能(kJ/mol),系统命名：饱和卤代烃的命名是以烃为母体命名。从靠近取代基的一端开始编号，并按“次序规则”顺序

3、，“较优”基团后列出。,CH3CHCH2CHCH3,CH3,Br,3-甲基-2-氯戊烷,2-Chloro-3-methylpentane,2-甲基-4-溴戊烷,2-Bromo-4-methylpentane,(S)-1,2-二碘丁烷,(S)-1,2-diiodobutane,(2S,3R)-3-氯-2-溴戊烷,(2S,3R)-2-Bromo-3-chloropentane,X,第二节 卤代烃的制备,烷烃的卤代 如：不饱和烃与卤素或卤化氢的加成,CH3-CH=CH2+HX CH3-CH-CH3,CH2=CH-CH2+,烯烃或芳烃-H的卤代由醇制备卤素交换反应：制备碘代烷,CH3-CH=CH2+C

4、l2 CH2-CH=CH2,500,Cl,实验室制备-溴代烯烃或芳烃时，常用N-溴代丁二酰亚胺（简称NBS）做卤代试剂。,NBr,CH2-C,CH2-C,=,=,O,O,+CH2=CH-CH3,(C6H5CO)2O2,CCl4煮沸,Br,N-H,CH2-C,CH2-C,=,=,O,O,R-Cl+NaI R-I+NaCl,丙酮,第三节 卤代烷的物理性质9.3 Physical properties of haloalkanes,物态：氯甲烷、氯乙烷、溴甲烷常温常压下为气态，其余为液态或固态。无色，但碘代烷在放置过程中易分解产生游离的碘，常呈棕红色。大多数卤代烃有特殊气味。芳环侧链与卤素相连的芳烃

5、衍生物具有刺激性气味和毒性。沸点：一卤代直链烷烃的沸点随烃基碳原子数及卤素的原子量增加而升高。密度：一氯代烷密度小于1，其余卤代烷密度均大于1。溶解度：不溶于水，能溶于醇、醚、烃类等有机溶剂。一些卤代烃如CH2Cl2、CHCl3等是常用的有机溶剂。,第四节 亲核取代反应9.4 Nucleophilic substitution reactions,定义：有机化合物分子中的原子或原子团被亲核试剂取代的反应称为亲核取代反应。反应包括中心碳原子与离去基团相连的键断裂，进入基团(亲核试剂)和中心碳原子构成新键。,具体的亲核取代反应水解 醇与醇钠作用 醚（Williamson 合成）,R-X+H2O R

6、-OH+HX,NaOH,NaX+H2O,R-X+RONa R-O-R+NaX,ROH,注意：用Williamson合成法制备混合醚时，一般选用伯卤烷为原料，因仲、叔卤烷在此条件下易发生消除反应。如：制备乙基叔丁基醚：,C2H5Cl+(CH3)3C-ONa C2H5-O-C(CH3)3+NaCl,(CH3)3COH,(CH3)3C-Cl+C2H5ONa(CH3)2C=CH2+NaCl,C2H5OH,与氨作用 胺与氰化钠作用 腈被碘取代 碘代烷(卤素交换),注意：生成的产物腈较原料卤代烷增加了1个碳原子，是有机合成中增长碳链的一种方法。如：用C2H5Cl为原料合成C2H5COOH,RCl+NaI

7、R-I+NaCl,丙酮,RBr+NaI R-I+NaBr,丙酮,常用于制备碘代烷。,与硝酸银作用 硝酸酯卤化银 根据生成的卤化银沉淀的颜色和速度的快慢，本反应可用于卤代烷的鉴别。卤代烷与硝酸银的醇溶液反应的相对活性是：叔卤烷仲卤烷伯卤烷甲基卤烷 RI RBr RCl如：鉴别正丁基氯、仲丁基氯、叔丁基氯,反应机理双分子亲核取代反应机理(SN2),特点：1 反应一步完成，属于协同反应。只有一个过渡态。2 反应速率与卤代烷的浓度及碱的浓度均成正比。即：kCH3BrOH-,单分子亲核取代反应机理,特点：1 反应分两步完成，有两个过渡态，一个活性中间体。2 反应速率只与卤代烷的浓度成正比。即:k(CH3

8、)3CBr,亲核取代反应的能线图,比较：在SN2反应中，过渡态位于能量曲线的峰顶，它与原料之间的能量差就是反应的活化能；在SN1反应中，两个过渡态位于峰顶，而作为活性中间体的叔丁基碳正离子位于两个峰之间的谷底，SN1反应的速度决定于第一步的活化能。,反应的立体化学SN2反应,亲核试剂从背后进攻,在SN2反应中，如果原料中心碳是手性碳，则反应后产物的手性碳构型发生了翻转(瓦尔登转化）。如果亲核试剂和离去基团是相同的原子或原子团，则原料与产物的中心碳原子构型相反。,SN1反应,Nu,构型保持产物,构型翻转产物,原料,在SN1反应中，反应是通过一个碳正离子发生的，由于碳正离子是一个三角形的平面结构，

9、亲核试剂与碳正离子反应时，可以从平面两侧进攻，而且机会相等，所以如果反应物中的中心碳是一个手性碳，则可以得到“构型保持”和“构型翻转”两种产物。,进攻,进攻,影响亲核取代反应的因素烷基结构的影响对SN2反应，反应速度决定于过渡态是否易于形成。在形成过渡态时，中心碳原子上连接的烃基越多，在空间的拥挤程度越大，亲核试剂进攻中心碳原子时的阻力也越大，过渡态就难形成。另外中心碳原子上的烷基越多，对中心碳原子的供电诱导效应越强，越不利于亲核试剂的进攻，所以在进行SN2反应时，卤代烷的反应速度为：CH3X 伯卤烷 仲卤烷 叔卤烷对SN1反应，反应速度决定于碳正离子是否容易生成，而越稳定的碳正离子越容易生成

10、。碳正离子的稳定性是：3oR+2oR+1oR+CH3+所以在进行SN1反应时，卤代烷的反应速度为：叔卤烷 仲卤烷 伯卤烷 CH3X,离去基团的影响 当卤代烷分子的烃基结构相同，卤素不同时，无论是进行SN1还是SN2反应，卤代烷的反应速度总是：RI RBr RCl RF因为C-X键的键能越弱，X-就越易离去。课堂练习1 按SN1历程取代反应的活性次序，排列下列化合物 a 1-溴-3-甲丁烷,2-溴-2-甲丁烷,2-溴-3-甲丁烷 b 异丙基氯，正丙基氯，异丙基碘2 按SN2历程取代反应的活性次序，排列下列化合物 1-溴-3-甲丁烷,2-溴-2-甲丁烷,2-溴-3-甲丁烷,C-F(485.3)C-

11、Cl(339.0)C-Br(284.5)C-I(217.0),第五节 消去反应9.5 Elimination reactions,定义：由一个分子中脱去小分子，如：HX、H2O等，同时形成双键的反应称为消去反应。卤代烷在碱的醇溶液中加热时，脱去一分子卤化氢而形成烯烃。卤代烷分子中的碳原子上必须连有氢原子时，才可能进行消除反应，因此，也叫做-消除反应。,反应活性 叔卤烷 仲卤烷 伯卤烷Zaitsev 规律 仲或叔卤烷脱去HX时，主要从含氢较少的C上脱去氢。这个经验规律称Zaitsev规律。,81%,19%,71%,29%,KOH,EtOH,?,碳正离子中间体,过渡态1,过渡态2,快,慢,反应机理

12、单分子消除反应（E1）,进攻-H,2,与SN1比较相同点：1 反应都分两步完成，第一步都先离解成碳正离子。2 反应速率都只与卤代烷的浓度成正比。不同点：OH-进攻中心碳则发生SN1反应，生成醇；进攻-H则发生E1反应，生成烯烃。,双分子消除反应（E2）,过渡态,与SN2比较相同点：1 反应都是一步完成，只有一个过渡态。2 反应速率都是与卤代烷和碱的浓度均成正比。不同点：OH-进攻中心碳则发生SN2反应，生成醇；进攻-H则发生E2反应，生成烯烃。由此可见，取代反应与消除反应是卤代烷与亲核试剂反应时的两个竞争反应。,亲核取代反应与消除反应的竞争伯卤烷易于取代而叔卤烷易于消除 伯卤烷中心碳原子空间效

13、应小，易于亲核试剂的进攻，易发生亲核取代反应；而叔卤烷-碳连的烃基多，可供消除的-H多，被碱进攻的机会多，易发生消除反应。试剂的碱性强，体积大，易于消除 碱性强即与质子结合能力强，利于消除反应，而试剂的体积大，不易与中心碳接近，易与-H接近，也利于消除反应。温度升高易于消除 这是因为消除反应涉及到C-H键的拉长断裂，活化能比取代反应高。降低溶剂的极性有利于消除反应,第六节 有机金属化合物9.6 Organo-metallic compounds,与金属钠作用(Wurtz reaction)反应式应用 制备偶数碳正构烷烃有机锂化合物(organo-lithium compounds)制备应用,有

14、机镁化合物(organo-Magnesium compounds)制备 法国化学家Grignard首先制备出有机镁试剂，并在有机合成中得到广泛应用，烃基卤化镁称为Grignard试剂，简称格氏试剂。条件 制备需要在无水并隔绝空气的条件下进行，溶剂用醚或四氢呋喃等惰性溶剂。反应活性 RI RBr RCl 常用一溴代烷来制备格氏试剂。,ArX+Mg ArMgX,EtOEt,与O2 或CO2的反应RMgX+O2 ROMgX ROHRMgX+CO2 RCOOMgX RCOOH与含活泼氢的化合物反应 所以，在合成格氏试剂时，必须使用绝对干燥的无水乙醚，并隔绝空气，防止水和二氧化碳对格氏试剂的分解作用。,

15、H2O,H2O,1,2,H2O,无水乙醚,与活泼氢反应的应用确定未知化合物中所含活泼氢的数目在分子中引入同位素把卤代烃还原为烷烃,+D2O+DOMg X,RX+Mg RMg X RH+HOMgX,课堂练习1 卤烷与NaOH在水与乙醇混合物中进行反应，指出哪些属于SN2历程，哪些属于SN1历程。(1)产物的构型完全转化(2)有重排产物(3)碱浓度增加反应速度加快(4)叔卤烷速度大于仲卤烷(5)增加溶剂的含水量反应速度明显加快(6)反应不分阶段，一步完成(7)试剂亲核性愈强反应速度愈快2 下列各步反应中有无错误？如有，试指出其错误的地方。(1)(2)(3),答：SN2历程：(1)，(3)，(6)，

16、(7)；SN1历程：(2)，(4)，(5)。,第七节 卤代烯烃与卤代芳烃,分类乙烯型卤代烃：R-CH=CHX如：CH2=CH-Cl 烯丙型卤代烃：R-CH=CH-CH2X如：CH2=CH-CH2Cl孤立型卤代烃：R-CH=CH-(CH2)n-X 式中：n 2如：CH2=CH-CH2CH2Cl,Br,CH2-Cl,CH2CH2-Cl,化学性质化学反应活性：如：,AgNO3/乙醇,室温,AgCl（立即）,CH2=CH-CH2-Cl,AgNO3/乙醇,AgCl,R-CH=CH-(CH2)2-Cl,乙烯式,孤立式,(n2),烯丙式,CH2=CH-CH2-X,CH2=CH-(CH2)n-X,CH2=CH

17、-X,(CH2)n-X,分子结构与活泼性的关系乙烯式烯丙式,键长数据,正常键长(nm),烯丙基正离子和苄基正离子是缺电子p-共轭体系，由于发生了电子云的离域现象，它的正电荷分散，这样使体系能量降低而比较稳定。所以烯丙式卤代烃容易离解掉卤原子而形成这种稳定的离子，即易发生化学反应。,+,课堂练习1 补充反应式：2 用化学方法鉴别：3 下列反应有无错误，如有，请指出。,Cl,CHClCH3,NaOH/H2O,CH3CH2C=CHCH3,Br,CH3CHBrCH=CHCH3,BrCH2CH2CH=CHCH3,CHCH,HCl,CH2=CHCl,NaCN,CH2=CHCN,(1),(2),(A),(B),(A),(B),