MIT课件-有机化学 08
有机化学-第八章 酚 醇 醚ppt课件
C H C H C H C H C H C H 3 2 2 3 C H 3 O H
5-甲基-3-己醇
注意和卤代烃的不同之处:
C H C H C H C H C H C H 3 2 2 3 C H 3 C l
2-甲基-4-氯己烷
不饱和醇,选择含不饱和键并直接连有羟基的最长碳
链作主链,碳原子的编号从离羟基最近的一端开始。
制 氯 代 烃
3.成酯反应
1)与无机酸反应 :醇与含氧无机酸硫酸、硝酸、磷酸反应生
成无机酸酯。
C H C H O H + H O S O O H 3 2 2 C H C H O S O O H + H O 3 2 2 2 硫 酸 氢 乙 酯 ( 酸 性 酯 )
减 压 蒸 馏 ( C H C H O ) S O H S O CH CH OSO OH 3 2 2 2+ 2 4 3 2 2 硫 酸 二 乙 酯 ( 中 性 酯 )
C H C H C C H C H 3 2 3 C H O H 2
2-乙基-2-丁烯-1-醇
O H
2-环己烯-1-醇
Ph-CH=CHCH2OH
3-苯基2-丙烯醇(肉桂醇)
多元醇,应选取尽可能多的带羟基的碳链为主链,
羟基的数目用中文数字写在“醇”字前面,并标明羟
基的位次。
CH3CH3 CH3 C C CH3 OH OH
的名称,羟基的位次用阿拉伯数字标在醇的名称前,羟基在1位
时可以不标。
C H C H C H C H O H 3 2 2 2
1-丁醇(正丁醇)
C H H H C H 3C 2C 3 O H
2-丁醇(仲丁醇)
CH 3
CH3CHCH2OH CH3
麻省理工学院(MIT)化学工程系本科生培养方案和课程设置
l a f o r u n d e r g r a d u a t e s t u d e n t s we r e e l a b o r a t e d c o r r e s p o n d i n g l y .Th e r e a r e f o u r ma j o r s wh i c h a r e c o u r s e
s t r a t e g i e s h a v e b e e n p r e s e n t e d i n d e t a i l .
Ke y wo r d s:M a s s a c hu s e t t s I ns t i t ut e of Te c hn ol og y(M I T);Che mi c a l e n gi n e e r i n g d e pa r t me nt ;Ed uc a t i o na l p r o gr a m ; Pr a c t i c a l a nd c r e a t i on a l e d uc a t i o n
The n t h e op po r t un i t i e s o f pr a c t i c e a n d s t udy o ut s i de MI T we r e e x pl a i ne d i n de t a i l . Las t l y, t h e c h a r a c t e r — i s t i c s of pr o gr ams f or M I T un de r gr a du at e s t ud en t s we r e pu t f or wa r d. On t h e ba s i s o f t he a b ov e。 t he i n— s pi r a t i o n f or e du c a t i ng un de r gr a du at e s i n Chi na by MI T Pr o gr a m a nd a l s o t he c or r e s p on di ng r e vo l u t i on
精编有机化学教程ppt课件
精选ppt
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• 图1-2 甲烷分子的成键情况 (a. sp3杂化轨道;b. 甲烷中C—H 键)
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(a)
(b)
• 图1-3 烷烃分子中的键 (a. C—H 键; b. C—C 键)
在其他烷烃分子中,除碳氢键外,还有碳碳键(图1-3)
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15
• 例2(以乙烯为例)
• 在乙烯分子中,两个碳原子和四个氢原子均在一个平面内, 键角HCH及HCC都是120。
• 离子键是指最外层电子数达到稳定电子层结构的两个正负 离子相互作用而成的化学键。
• 如乙酸钠(CH3COO Na+)分子中乙酸根与钠之间的化学 键就是离子键。
• 共价键是有机化合物分子中最普遍的一种典型键,
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3.共价键的特性
• 价键理论认为共价键有饱和性和方向性。
• (1) 共价键的饱和性
• 价键法认为,通过电子的激发和跃迁,碳原子的电子构型 可变成1S22S12Px12Py12Pz1,然后一个2s轨道和两个2p 轨道(2px和2py)杂化成三个等同的、轨道对称轴彼此之 间夹角为120的sp2杂化轨道;两个碳原子以sp2杂化轨道 互相重叠形成一个碳碳键,并以sp2杂化轨道分别与氢原 子的1s轨道重叠形成四个碳氢键;两个碳原子各剩下的 一个垂直六原子所在平面的2pz轨道彼此肩并肩重叠,形成 一个碳碳键(图1-4)。
• 共价键是指分子中直接相连的原子之间通过共用电子对而 形成的化学键。例如甲烷(CH4)、乙烯(CH2=CH2)和乙炔 (HCCH)分子中的键都是共价键。共价键是有机物分子 的主要成键类型。
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• 配价键是一种特殊的共价键,是指共用电子对来自一个成 键原子的共价键。
汪小兰有机化学(第四版)8--副本精品PPT课件
•醇的活性:CH3OH > 10 > 20 > 30
•乙醇钠为白色易潮解的固体,易水解。 C2H5ONa + H2O → C2H5OH + NaOH
乙醇具有酸性,酸性比水弱。乙醇钠的碱性比NaOH强。
•醇也可以作为质子的接受体,具有弱碱性。
• 不饱和醇:
CH2=CHCH2OH 烯丙醇
• 芳香醇:
CH2OH
苯甲醇 (苄醇)
(2)依分子中所含羟基的个数
• 一元醇
CH3OH 甲醇
• 二元醇 • 三元醇
CH2 CH2 OH OH
乙二醇
CH2 CH CH2 OH OH OH
丙三醇
(3)依与羟基相连的碳原子的种类
• 伯醇
CH3CH2CH2CH2 OH 正丁醇
C5 H3C4 HOH CH3CH2CH2C3 HC2 HC1 H2OH 3-丙基-1,2,4-戊三醇
OH
C1 H2 OH
CH3CH2
C
2
CH2 OH
2-羟甲基-2-乙基-1,4-丁二醇
C3 H2C4 H2 OH
对于不饱和醇,主链应包含羟基和不饱和键。 编号时使羟基的位次最小。
CH3CH2CH2C3 HC2 H2 C1 H2 OH
ROH + HCl
[ROH2]+ Cl离子
2. 与无机酸反应
R-OH + HX
R-X + H2O
卤代烷水解的逆反应,为酸催化的亲核取代反应。
CH3CH2OH + HBr H2SO4 CH3CH2Br + H2O
• 氢卤酸的活性顺序:HI>HBr>HCl • 醇的活性顺序:叔醇>仲醇>伯醇
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过程。
05
有机化合物的结构与性质
有机化合物的结构表示方法
构造式
用元素符号和短线表示化合物分子中原子的排列和结合方式的式 子。包括分子式、结构式和结构简式。
空间构型
用模型或图形表示有机分子中原子或原子团的相对空间位置。包 括球棍模型、比例模型和空间填充模型。
有机化学与医药科学
01
02
药物合成
有机化学是药物合成的基 础,通过有机合成可以制 备出具有特定药理活性的 药物分子。
药物分析
有机化学方法可用于药物 的质量控制和分析,确保 药物的纯度和有效性。
药物设计与优化
基于有机化学原理,可以 设计和优化药物分子的结 构,提高药物的疗效和降 低副作用。
有机化学与材料科学
反应等。
醇、酚、醚
醇
醇是脂肪烃基与羟基直接相连的有机化合物。根据羟基所连碳原子的类型不同,醇可分为伯 醇、仲醇和叔醇。醇具有亲水性,能与水形成氢键,因此易溶于水。此外,醇还能发生氧化、 酯化、脱水等反应。
酚
酚是芳香烃环上的氢原子被羟基取代的有机化合物。酚具有特殊的芳香气味,微溶于水,易 溶于有机溶剂。酚具有弱酸性,能与碱反应生成盐和水。此外,酚还能发生氧化、取代等反 应。
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• 绪论 • 烃类化合物 • 烃的衍生物 • 有机合成与反应机理 • 有机化合物的结构与性质 • 有机化学在日常生活中的应用
01
绪论
有机化学的研究对象
碳氢化合物
有机功能材料
研究碳氢化合物及其衍生物的结构、 性质、合成和反应机理。
研究具有光、电、磁等特殊功能的有 机材料的设计、合成与应用。
有机化学8ppt课件
3.芳烃的卤化
CH3
Cl2 Fe粉
CH3
CH3
Cl +
CH3
Cl2 hυ,沸腾
CH2Cl
Cl
10
二、不饱和烃与卤素或卤化氢加成
C H 2 = C H 2+ 2 BC r 2 B C H 2 B rH r
CC H + H H C lH 1 5 0 2 — g 活 1 6 性 0 C 炭 CC l 2C HHC
有机化学8
本章教学内容 1、卤代烃的分类和命名。 2、卤代烃的制法:烃的卤代、不饱和烃与卤素或卤化氢对加 成、芳环上的氯甲基化、以醇为原料制备。 3、卤代烃的物理性质和波谱性质 4、卤代烃的化学性质:亲核取代反应(水解、醇解、氰化、氨 解、与AgN03反应等),消除反应(消除反应取向—— Saytzefff规律),与金属的反应(Gringnard试剂的制取); 5、亲核取代反应历程(SNl)、(SN2),影响亲核取代反应历程的 因素(烃基结构、离去基团)、 消除反应历程(E1)、(E2) 。 6、卤代烯烃和卤代芳烃。 7、重要的卤代烃。
三、芳环上的氯甲基化
C2C Hl
+H C H O+H C l 无水 C2lZn
+ H 2O
60℃
氯 甲 基 化 剂
79%
苯环上有第一类取代基时,反应易进行;有第二类取代基和卤பைடு நூலகம்素时则反应难进行。
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四、以醇为原料制备
1.醇与HX作用
R O H + H X R - X + H 2 O
2.醇与卤化磷作用
CH3-CH2-CH-CH2--CCHH3
3-氯-4-溴己烷
Br Cl
有机化学PPT完整全套教学课件
有机化合物种类繁多,结构复杂 ,具有独特的物理和化学性质。
有机化学的历史与发展
01
02
03
早期历史
有机化学的起源可以追溯 到古代,但真正的发展始 于18世纪。
近代发展
19世纪以后,随着化学理 论的不断完善和实验技术 的进步,有机化学得到了 迅速发展。
现代有机化学
20世纪以来,有机化学在 理论、实验方法和应用领 域等方面都取得了巨大进 展。
通过有机合成制备具有特定功能的材料, 如光电材料、催化剂等。
合成具有生物活性的化合物,如酶抑制剂、 受体配体等,并进行生物活性评价。
05
有机化合物的鉴定与分析
Chapter
有机化合物的分离与纯化技术
蒸馏法
利用物质沸点的差异进行分离, 包括简单蒸馏、分馏、减压蒸馏
等。
萃取法
利用物质在两种不互溶溶剂中的 溶解度差异进行分离,包括液-
有机化合物的化学性质
• 取代反应:有机化合物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应,如卤代烃的水解反应、 酯的水解反应等。
• 加成反应:有机化合物分子中不饱和键(双键或三键)两端的原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合 物的反应,如烯烃与氢气的加成反应、炔烃与卤素的加成反应等。
对已知化合物进行结构修饰和改造, 优化其性能,满足特定需求。
有机合成的基本策略与方法
逆合成分析
从目标分子出发,逆向分析其结 构,设计合理的合成路线。
保护与去保护策略
在合成过程中,对某些官能团进 行保护,以避免不必要的副反应 ,合成完成后再进行去保护。
01 02 03 04
合成子的选择与连接
选择合适的合成子,通过化学键 的连接形成目标分子。
有机化学学习笔记:第八章脂肪胺ppt课件
S O C l 2
R N H 2
C H 3
S O N R 2 2
不 溶 于 N a O H 不 溶 于 H C l
由 于 无 H 原 子 可 与 N a O H 和 H C l 反 应 , 不 溶 于 酸 和 碱
0 3 胺 与 对 甲 基 苯 磺 酰 氯 反 应
C H 3
S O C l 2
R N 3
( 双 棕 榈 酰 磷 脂 酰 胆 碱 , 红 细 胞 磷 脂 )
3.酸碱性
A. 酸性
C H C H 3 3 ( C H C H ) N H + n C H L i ( C H C H ) N L i + n C H 3 2 4 9 3 2 4 1 0
B. 碱性
+ R N H + H 2
胺 的 氢 的 酸 性 仅 比 烷 烃 氢 的 酸 性 强
H
+
H R N H N = O R N H N = O H
N H 苯 胺 二 乙 胺 哌 啶 ( 六 氢 吡 啶 ) C H N H C H 甲 乙 胺 2 5 2 3 2 5
H N C H C H N H C H C H N H C H C H N H 三 乙 烯 四 胺 ( 多 乙 烯 多 胺 ) 2 2 2 2 2 2 2 2
+ R N H 3
电子效应:推电子基团对碱性提高有利; 空间效应:空间阻碍大对碱性提高不利; 溶剂效应:RNH3+易溶于水有利于碱性提高
碱性:2级>3级>1级>NH3>芳香胺
8.2 物理性质
形成分子间氢键的能力为:酸>醇>胺。 相同分子量的胺的沸点:1级>2级>3胺。 胺的溶解度为:C1~C4脂肪胺与水互溶, 如甲胺、乙胺、二甲胺为气体。C5以上 则微溶于水。
有机化学第五版汪小兰第8章醇酚醚PPT课件
总之,生成结构最稳定的烯烃。
.
28
(2) 分子间脱水 H 2 S O 4
2 C H 3 C H 2 O H 1 4 0 o CC H 3 C H 2 O C H 2 C H 3 + H 2 O
• 分子间与分子内脱水反应历程:
CH3CH2OH + H2SO4
+ CH3CH2OH2 + HSO4-
佯盐
CH3
叔丁醇
.
5
2. 命名 • 普通命名法:根据烃基的类型称为某醇。
C H 3C H 2C H 2O H 正丙醇
CH3 CH3CHOH
异丙醇
CH3 CH3 C OH
CH3 叔丁醇
CH3 CH3 C CH2OH
CH3
新戊醇
.
6
• 系统命名法 主链:含-OH的最长的碳链为主链,称作“某醇”, 编号:使-OH位次最小。标出羟基的位置。
3RCH2OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → RCHO + Cr2(SO4)3 + 7H2O
(橙红色)
↓[O] (绿色)
RCOOH 醇可被氧化剂氧化成醛、酮及羧酸。不同结构的醇、不同的氧 化剂,氧化产物不同。
[O]
[O]
1° R O H
RCHORCOOH
[O]
2° R O H
R C O R ’
C rO 3+2 N
C rO 3 ( )2 N
PCC中吡啶是碱性,对在酸性介质中不稳定的醇类氧化成醛(或酮) 时,收率高,且不影响分子中C=C、C=O、C=N等不饱和键。
= = C 6 H 5 CC H2 H OC C H C 3 2 C r -5 H 2 H H 5 O N C l C 6 H 5 CC HH ( 8 5 % C )
名师推荐有机化学--第八章芳烃PPT共155页
71、既然我已经踏上这条道路,那么,任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远,吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应,言行相称。——韩非
文 家 。汉 族 ,东 晋 浔阳 柴桑 人 (今 江西 九江 ) 。曾 做过 几 年小 官, 后辞 官 回家 ,从 此 隐居 ,田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材, 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
,
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢你的阅读
名师推荐有机化学--第八章芳烃
6
、
露
凝
无
游
氛
,
天
高
风
景澈。7、 Nhomakorabea翩新 来燕,双双入我庐 ,先巢故尚在,相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
,
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明( 约 365年 —427年 ),字 元亮, (又 一说名 潜,字 渊明 )号五 柳先生 ,私 谥“靖 节”, 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
有机化学(主编邓苏鲁-化工第四版)课件:第8章+酚和芳醇
H
OO
NO
HO
邻硝基苯酚的分子内氢键
O
NO
HO
对硝基苯酚分子间的氢键
O NO
14
与氯化铁的显色反应
大多数酚与氯化铁溶液作用能生成带颜色的络离子。不同的酚所显示的颜色不同,见 表6—2,这种特殊颜色反应,可用于鉴别酚类化合物。
化合物 苯酚
邻苯二酚 对苯二酚
α-萘酚
表8—2 不同酚与氯化铁反应所显的颜色
1,4—对苯二酚
对苯醌(黄色)
这一反应用于照相的显影过程。
16
四、重要的酚 苯酚
苯酚俗称石炭酸,是具有特殊气味的无色针状晶体,沸点181.8℃、熔点40.8 ℃ ,微溶于水,当温度高于65℃时可与水混溶。易溶于乙醚等有机溶剂中,苯酚有腐 蚀性,且有毒。
工业上用15%氢氧化钠溶液处理焦油中的酚油和萘油镏分(该镏分含苯酚和甲苯 酚),则酚类即生成酚钠溶于水中,再将二氧化碳通入酚钠水溶液中,酚又游离出 来,然后经蒸镏即可得到苯酚。由煤焦油中提取酚,远远满足不了有机化工发展的 需要,因此,目前苯酚主要由合成法制取。
OH + NaOH
(难溶于水)
ONa (溶于水)
+ H2O
ONa + HCl
OH + NaCl
ONa + CO2 + H2O
OH + NaHCO3
酚能溶解于碱,而又可用酸将它从碱溶液中游离出来(见本章例题)
9
+ NaI
➢ 酚 醚的生成 与醇 不同,酚不能发生分子间脱水反应。酚醚一般由酚的钠盐与卤代 烃作用而得到。例如:
蒸镏 纯苯甲醇
24
[例8—2] 苯甲醚中含有少量的苯酚,如何提纯苯甲醚。
有机化学(课堂PPT)
N 3> H N 2> H
N P> h H
N Ph Ph
氨基对位连给电子基团, 使苯胺碱性增强; 氨基对位连吸电子基团, 使苯胺碱性减弱
N2H
N2H
N2H
N2H
>
<
OC3 H
pKb 8.66
9.40
N2O pKb 13.00
9.40
19
比较碱性时,和酚酸性类似,取代基 在对位时既要考虑诱导,也要考虑共轭 在间位时候只考虑诱导不考虑共轭 邻位不要求掌握
16
1)碱性
胺与酸作用生成盐:利用此性质,可从
混合物中分离并提纯胺。可用于胺的定 性鉴别
RN2H +HClRN3HCl RN2H +H 2S4 O RN3HH 4 SO
胺的水溶液呈碱性
RNH2 + H2O
RNH3+ + OH-
17
脂肪胺的碱性: (比氨强)
气态下: (CH3)3N > (CH3)2NH > CH3NH2 > NH3 3° > 2° > 1°
季铵碱的热消除(Hofmann消除)
( C 3 C a 2 ) 2 H N H + (C 3 ) 2 O H - HC 3 C H 2 N H 3 ) ( 2C+ 2 H =2 C
Hofmann消除:主要从含氢较多的-C上脱去氢原子
C3 H
(CH3)2CHC2-HN(CH3)2
(C3)H 2CH2C -N +-H C2C H2 H C3 HO-H
+
C3 H
CH2=CHC3 H
-C上连有芳环时则主要生成芳基烯:
C3 H C2 H C2 H -N +-C2C H2 H C3 HO-H
有机化学CLASS8
12
三. 苯环上的亲电取代反应 (Electrophilic Substitution Reactions of Benzene) 根据苯环的结构,在苯环平面的上下,有π电子云,是富
电子基团,类似烯烃,所以可与缺电子的基团,即亲电试
剂发生反应。但与烯键有区别,在苯环中,由于形成了闭
合环状共轭大π键,使苯环稳定性提高,反应中总是苯环 结构保持不变。 1. 卤化反应 例:
CH 3
对甲苯基 苄基 芳基
7
CH 2
Ar-
Aryl-
2. 烷基取代的苯 以苯为母体:
CH 3
CH 2CH 3
CH( CH 3)2
甲苯
乙苯 1,2-二甲苯 邻二甲苯 o-二甲苯 ortho
CH 3
CH 3
异丙苯 1,3-二甲苯 间二甲苯 m-二甲苯 meta
CH 3 CH 3
CH 3
H3C
1,4-二甲苯 p-二甲苯 对二甲苯
30℃
+
NO 2
19
甲苯硝化比苯容易,为什么?
3. 磺化反应 发烟 H2SO4 机理:
2H2SO4
SO3
SO3H
+
H3 O
+ HS O 4
H O S O O
H O S O O
O
慢
O
H O S O O
+
O
S
O S O O
HS O 4
+
+ H2SO4
20
O
O S O O
S O H
+ H O H
H
O
+ H 2O
4
键长介于碳碳单键与碳碳双键之间,完全平均化, 由凯库勒结构式不能说明这一点。 分子轨道理论解释苯分子的结构:
mit化学反应原理
mit化学反应原理MIT化学反应原理MIT(Methyl Isocyanate)是一种有机化合物,它在化学反应中具有重要的作用。
MIT化学反应原理涉及到MIT的生成、转化以及与其他化合物的反应等方面。
本文将从这几个方面来详细介绍MIT化学反应原理。
一、MIT的生成过程MIT的生成通常涉及到异氰酸甲酯(Methyl Isocyanate)和其他化合物之间的反应。
异氰酸甲酯是一种有机化合物,它具有高度的反应性。
在MIT的生成过程中,异氰酸甲酯与一些特定的底物反应,例如甲醇或甲胺。
这些反应通常在高温和高压的条件下进行,以促使反应的进行。
通过控制反应条件和底物的选择,可以有效地合成MIT。
二、MIT的转化过程MIT可以通过多种方式进行转化。
其中一种常见的转化方式是与水反应生成甲酸(Formic Acid)。
这是一个水解反应,通过在MIT中加入适量的水可以促使此反应的进行。
此外,MIT还可以与其他化合物发生加成、取代等反应,生成不同的产物。
这些反应的进行通常需要添加催化剂或调整反应条件,以实现所需的反应路径和产物选择。
三、MIT的反应性MIT是一种具有高度反应性的化合物。
它可以与许多化合物发生反应,包括醇、胺、酸等。
这些反应可以通过调整反应条件和底物的选择来控制。
例如,MIT与醇反应可以生成对应的酯类化合物,而与胺反应则可以生成对应的尿素类化合物。
这些反应的进行可以通过合适的催化剂和反应条件来实现。
四、MIT的应用MIT在化学工业中具有广泛的应用。
它被广泛用于合成各种有机化合物,例如聚氨酯、杀虫剂等。
MIT的高反应性使其在有机合成中成为一种重要的中间体。
通过合理设计反应路径和反应条件,可以利用MIT合成出具有特定结构和性质的化合物。
此外,MIT还被广泛应用于金属表面处理、涂料、塑料等领域。
总结:MIT化学反应原理涉及到MIT的生成、转化以及与其他化合物的反应等方面。
通过合理选择反应底物、调整反应条件以及加入适量的催化剂等手段,可以控制MIT的反应性,从而实现所需的反应路径和产物选择。
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3
2. Relative Reactivity
2°
H H H H
Δ or hv
Cl Cl
H H Cl H H
Cl H H
1°
H H H H
1°
H H H H
H H H H
1° chloride (40%)
2° chloride (60%)
Calculating Relative Reactivity: primary: 40% = 6.67% per H 6 H's secondary: 60% = 30.0% per H 2 H's
Suggested Problems: 4-39,41,44–46,54
E. Radical Chlorination of Propane: Inequivalent Hydrogens
Cl Cl Cl Δ or hv Cl
40% (1°) There are two possible products! Why?
Me Me Me Br Me Me Br
sec-butyl bromide (2°)
tert-butyl bromide (3°)
Radical Chlorination of Propane (cont.)
Cl Cl Cl
Δ or hv
Cl
1° (40%)
2° (60%)
There are six primary hydrogens and two secondary hydrogens, but the secondary chloride is favored. How can we explain the selectivity of this reaction?
H R C H H
R
R
1°
R C H H
2°
R C H R
3°
2
We also refer to substituents as primary, secondary or tertiary.
Me Me Br Me Br
n-butyl bromide (1°)
iso-butyl bromide (1°)
Analyze the Reaction-Energy Diagram!
Comparing the transition states for the two products: The energy of a transition state will always depend, to differing extents, on the energies of the reactants and the products. In this case, the reactants are the same for both processes (same energy). The only energy difference is in the products: the 2° radical is lower in energy than the 1° radical. This means that the transition state leading to formation of the 2° radical is slightly lower in energy than the transition state leading to formation of the 1° radical. The secondary radical is formed faster! It is important to remember that Ea depends on, but will never exceed
Remember the Hammond Postulate: In an exothermic reaction, the transition state more closely resembles the reactants. In an endothermic reaction, the transition state more closely resembles the products.
1° radical Secondary:
H H H H Br H H H H Br
form H–Br: –88 kcal/mol break 2° C–H: +95 kcal/mol overall: ΔH° = +7 kcal/mol
H H H H
H H H H
2° radical The H–Br bond (BDE = 88 kcal/mol) is much weaker than the H–Cl bond (BDE = 103 kcal/mol). HYDROGEN ABSTRACTION WITH Br IS ENDOTHERMIC!
60% (2°)
Propane has two inequivalent types of hydrogens that can be abstracted in the first propagation step. The first propagation step determines which product will be formed (1° or 2°).
H°!
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F. Bromination of Propane: Higher Selectivity
Br Br Br Δ or hv Br 3% 97% Cl Cl Cl Δ or hv Cl 40% 60%
Radical brominations are generally much more selctive than radical halogenations. How can we explain this difference? Let's start with thermodynamics!
form H–Cl: –103 kcal/mol break 2° C–H: +95 kcal/mol overall: ΔH° = –8 kcal/mol
H H H H
H H H H
2° radical 2° C–H bonds are weaker than 1° C–H bonds. This means that it is thermodynamically more favorable to break a 2° C–H bond than a 1° C–H bond. But how does this control the kinetic selectivity?
H H H H Cl H H H H H H H H Cl
form H–Cl: –103 kcal/mol break 1° C–H: +98 kcal/mol overall: ΔH° = –5 kcal/mol
H H H H
1° radical Secondary:
H H H H Cl H H H H Cl
Radical formation is under kinetic control, so abstraction of the 2° hydrogen to form the 2° radical must be faster than abstraction of the 1° hydrogen to form the 1° radical. In other words, the secondary hydrogens are more reactive than the primary hydrogens under these conditions!
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Draw the Reaction-Energy Diagram!
potential energy
1° Ea 2° Ea
Cl
Ea
1 kcal/mol
1° radical + HCl
H° = 3 kcal/mol
2° radical + HCl
reaction coordinate
This reaction is under kinetic control, so the product ratio is determined by Ea. How can you predict the value of Ea?
Secondary (2°): There are two secondary hydrogens.
H H Me Me H Cl Me Me H Cl
2° radical Abstraction of a secondary hydrogen leads to the secondary product.
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Reaction-Energy Diagram : Bromination of Propane (Propagation Step #1)
Ea > 2 kcal/mol
1° radical + HBr
H° = 3 kcal/mol
potential energy
2° radical + HBr
second.67
= 4.5
The secondary hydrogens are 4.5 times more reactive than the primary hydrogens. Why?
We can answer this using thermodynamics, kinetics, and reaction-energy diagrams! Primary:
Br
reaction coordinate
This diagram looks slightly similar to the one we drew for the chlorination of propane. The big difference is that this step is now endothermic. So what? THINK HAMMOND POSTULATE!