高等有机化学 课件(3)

2013-8-6

对于2º 卤代烃，强碱有利于发生E2消除反应
CH3CHCH3 Br C2H5ONa C2H5OH,55 C (-NaBr) E2 (79%)
。
CH2
CHCH3 +Hale Waihona Puke BaiduCH3CHCH3 OCH2CH3 SN2 (21%)

上述反应中的E2消除反应机理为：
H C2H5 O .. H H H C C C H CH3 H + C2H5OH + BrCH3 H C Br C2H5 O H C C Br H H *
H3C H Cl + HOH H3C SN2 H H OH + Cl-
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类似地，(R)-(-)-2-溴辛烷与NaOH反应生成(S)-(+)-2-辛醇：
CH3 HOH C6H13 C Br CH3 HO---C --- Br H C6H13 * CH3 HO C H C6H13 + Br-
o
C2H5O- + CH3CH2C Br
CH3 CH3CH=C (69%) (较稳定) CH3 + CH3CH2C
CH2 CH3
(31%) （较不稳定）

当碱性基团较大时易于生成取代基少的烯烃，此即为 Hofmann规则：
CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 75 C CH3CH=C (CH3)3COH (27.5%)
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SN2反应机理：
H H O H H + Cl C H H H O---C---Cl H * H O C H H + ClH

由于中心C原子为非立体中心，无法证实发生了构象反 转；cis-1-氯-3-甲基环戊烷与OH-反应生成trans-3-甲基环戊醇 能证实发生了构象反转：
3(CH3)2CHCH2OH + PBr3 CH2OH + SOCl2 OCH3 -10 to 0oC 4h 3(CH3)2CHCH2Br + H3PO3 CH2Cl + SO2 + HCl OCH3 (91%) (forms a salt with pyridine )
pyridine (as organic base)
H
快
H3C
+
H
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当SN1反应发生在立体中心C原子上时，一般得到的是外 消旋产物。 由于在SN1反应过程中出现C正离子过渡态，超共扼效应 使得叔碳正离子更趋稳定，具有R3C-X结构的卤代烃更易发 生SN1反应。 其它的SN1反应例子： (CH3) 3C-Br + H2O→(CH3) 3C-OH + HBr (CH3) 3C-Cl + CH3OH→(CH3) 3C-OCH3 + HCl (CH3) 3C-Cl + HCOOH→(CH3) 3C-OOCH + HCl 这些反应由于是和溶剂反应，因此又称溶剂分解反应 (solvolysis)。

1º 卤代烃与位阻强碱（如叔丁氧负离子）则主要发生E2消除反应：
CH3 CH3 C CH3 CH3(CH2)15CH=CH2 E2 (85%) + CH3(CH2)15CH2CH2 SN2 (15%) O O- + CH3(CH2)15CH2CH2Br (CH3)3COH 40。C CH3 C CH3 CH3
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§3.2 卤代烷烃的反应


1、亲核取代反应
SN2反应 甲基、一般的伯、仲烃基(无空间位阻)氯代物、溴代物和 碘代物，易与OH-、RO-、SH-、RS-、CN-、R-C≡C-、RCOO-、 R3N、N3-等强Lewis碱在极性非质子溶剂中进行SN2反应
OH- + CH3Cl OH- + CH3I CH3O- + CH3CH2Br I- + CH3CH2CH2Cl CH3OH + ClCH3OH + ICH3CH2OCH3 + BrCH3CH2CH2I + Cl-



(R)-(-)-2-溴辛烷 [α]D25=-34.25º 100% ee
H CH3 Cl C CH2 CH3 (S)-(+)-2-氯丁烷 HO OHSN 2 C CH2 CH3 CH3 H
(S)-(+)-2-辛醇 [α] D25=+9.90º 100% ee
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(R)-(-)-2-丁醇
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7、醇与浓氢卤酸的反应
CH3 CH3 CH3 C OH + HCl (concd) 25 C
o
CH3 CH3 C Cl + H2O CH3 (94%) reflux
CH3CH2CH2CH2OH + HBr(concnd)
CH3CH2CH2CH2Br (95%)

8、醇与PBr3或SOCl2的反应
+
CH3 C OCH2CH3 CH3
C CH3
CH2
E1产物(17%)
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对于C原子数目更多的3º 卤代烃，根据强碱性基团的大小 不同，生成的烯烃也有显著差异。当碱性基团较小时更易生 成双键上取代基多即热力学稳定的烯烃，此即为Zaitsev规则:
CH3 CH3 70 C C2H5OH
R4N+BrCH3(CH2)6CH2Cl (in decane) aqueous NaCN, 105oC, less than 2h CH3(CH2)6CN 95% yield
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离去基团对上述SN2反应和后面所讲的SN1反应，都是离 去基团形成的离子越稳定越有利于反应的进行，因此离去基 团的反应活性顺序与所形成离子碱性顺序正好相反，对于卤 素离子具有以下顺序：I->Br-> Cl->» -，由于这个原因，氟代 F 烃很少用于亲核取代反应。其它比较好的离去基团有烷基磺 酸根(RSO3-)、烷基硫酸根(R-O- SO3-)、对甲苯磺酸根(p-MeC6H4- SO3-)、三氟甲磺酸根(F3CSO3-)等。而强碱性离子（如 OH-）很少作为离去基团使亲核取代反应能有意义地进行。 除了亲核试剂和离去基团的影响外，空间位阻对能否进 行SN2反应也很重要，如叔丁基卤和新戊基卤，由于空间位阻， 难以进行SN2反应而更易进行SN1反应。

作为亲核试剂，带有负电荷的亲核试剂比其共 轭酸反应活性更高，如OH->H2O,RO->ROH;如果亲 核原子相同，亲核试剂的反应活性顺序与其碱性顺 序相同，如RO->HO-» RCOO->H2O.
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亲核试剂的反应活性还受溶剂的影响。由于极性质子溶剂能与强电 负性离子形成氢键，使得碱性强的离子亲核性反而弱，呈现以下亲核顺 序：SH->CN->I->OH->N3->Br->CH3COO->Cl->F->H2O; 对于极性非质子溶 剂如二甲基甲酰胺（DMF）、二甲亚砜（DMSO）、二甲基乙酰胺 （DMA）、六甲基磷酰胺（HMPA），不能约束亲核试剂，使得亲核试 剂的碱性和亲核反应活性相对提高，并与碱性顺序一致，比如对卤素离 子有下列亲核活性顺序：F->Cl->Br->I-。 虽然极性非质子溶剂（如DMSO、DMF等）非常有利于SN2反应，但 是这类溶剂都有沸点高，反应终了难以除去，同时也很贵，溶剂纯化也 繁琐，另外在高温下有些溶剂甚至发生分解。比较而言，采用非极性非 质子溶剂（如碳氢化合物或相对极性小的氯代烃）较好，具有沸点低、 便宜、相对稳定的特点。采用相转移催化(phase-transfer catalysis)使得用 极性溶剂的反应可用非极性溶剂：
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2º 卤代烃与弱碱（如Cl-、CH3COO-等）或可极化离子 （如Br-、I-、RS-等）较易进行SN2反应：
O CH3C O
-
CH3 + CH3CH Br SN2
O CH3C (~100%) O
CH3
CHCH3 + Br
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对于3º 卤代烃，由于空间位阻难以进行SN2反应， 易于进行消除反应；即使进行取代反应，进行的也 是SN1反应。 叔丁基溴在强碱乙醇钠存在下，主要发生E2消 除反应，生成异丁烯：
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对于1º 卤代烃，当采用非位阻的碱如乙氧基负离子时，碱很易接近连 接离去基团的C原子，因此形成的主要是SN2反应产物：
CH3CH2OCH2CH3 + CH2 CH2 CH3CH2O-Na+ + CH3CH2Br C2H5OH 55。C SN 2 E2 （-NaBr） (90%) (10%) CH3OH CH3O- + CH3(CH2)15CH2CH2Br 65。C CH3(CH2)15CH2CHOCH3 + CH3(CH2)15CH=CH2 SN 2 (99%) E2 (1%)
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2、消除反应（elimination reaction）
消除反应是与取代反应竞争的一类重要反应。

C C Y Z
消除反应 (-YZ)
C
C

在消除反应中，应用最多的是脱卤化氢反应。 类似亲核取代反应，消除反应也有双分子和单分子消除 反应之分，分别略称为E2和E1反应。一般说来，强碱性、 弱亲核性、高温有利于消除反应的进行。
I- + CH3CH2CH2Cl CH3CH2CH2I + Cl-
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3、酮与PCl5反应生成双卤代烃
O C CH3 PCl5/0 C (-POCl3)
o
Cl C CH3 Cl

4、Br2和Cl2在烯烃上的反式加成
Br H H + enantiomer Br
+ Br2
-5oC CCl4
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SN1反应
当卤原子与3º 碳原子相连时，弱碱性的亲核试剂（弱的Lewis碱、中 性分子、质子溶剂）与卤代烃在极性质子溶剂中进行的是SN1反应，反应 速度决定于反应底物（卤代烃）的浓度而与亲核试剂的浓度无关。 叔丁基氯与氢氧化钠/丙酮/水或水都是进行SN1反应：
(CH3)3C (CH3)3C Cl + OHCl + 2H2O 丙酮 水 (CH3)3C (CH3)3C OH + ClOH + H3O+ + Cl-


后者的反应机理可表示如下：
CH3 H3C C Cl CH3 慢 H2O H3C CH3 C+ + CH3 CH3 H 3C C CH3 .. O H 快 H3C + O H H CH3 C OH + H3O+ CH3 Cl-
H3C
CH3 .. C+ + O CH3 H CH3 C CH3 + O H H
o
C O- + CH3CH2C Br
CH3 CH3 + CH3CH2C (72.5%)
CH2 CH3
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基于卤代烃发生取代和消除反应的条件和机理，可容易 地得出下列反应的主要产物：
CH3CH2CH2OCH3 SN2 50oC CH3CH2CH2Br + (CH3)3CO CH3CH=CH2 (CH3)3COH 1o卤代烃和位阻强碱的E2 CH3 CH3 o - 50 C Br + HS C HS C CH3CH2 CH2CH3 H H CH3OH 50oC (CH3CH2)3CBr + OH (CH3CH2)2C=CHCH3 CH3OH 3o卤代烃和强碱的E2 25oC (CH3CH2)3CBr (CH3CH2)3COCH3 CH3OH 3o卤代烃和弱碱弱亲核试剂的SN1

CH3 CH3 C Br CH3
C2H5ONa C2H5OH,55 C (-NaBr)
。
CH3 C CH3 CH2
CH3 + CH3CCH3 OCH2CH3 SN1 (9%)
主要为E2 (91%)
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叔丁基氯在弱碱性、低温条件下则主要发生SN1反应， 只有较少量E1产物：
CH3 CH3 C Cl 80%C2H5OH 20%H2O 25。C CH3 CH3 CH3 C OH + CH3 CH3 SN1产物(83%) CH3
第三章 卤代烷烃、卤代烯烃
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§3.1 卤代烷烃的合成

1、烷烃的卤代反应
CH3CHCH3 CH3 Cl2 light,25oC CH3 CH3CHCH2Cl + CH3CCH3 Cl CH
3
(63%)
(37%)


2、卤代烃的取代反应（由于电负性的差异而有取代 顺序）
氯代烃或溴代烃能与I-发生SN2反应生成碘代烃：
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5、Br2和Cl2在炔烃上的加成
C C Br2 CCl4 Br Br2 C C Br Br 2 CCl4 HO2C Br C C CO2H Br Br C Br C Br Br
HO2C C
C CO2H
(70%)

6、卤化氢在炔烃上的加成
Br CH3(CH2)3C CH HBr CH3(CH2)3C CH2 HBr CH3(CH2)3C CH3 Br Br 2,2-dibromohexane