第六章卤代烃

3、离去基团的影响 离去基团的离去能力增强对亲核取代反应有利， 对SN1反应更有利。 通常亲核性强的基团，往往是差的离去基团。但 有例外。 卤素离去能力：I > Br > Cl > F 4、溶剂的影响 极性溶剂对SN1反应有利；（对碳正离子溶剂化效 应强） 极性溶剂对SN2反应不利。（导致亲核试剂溶剂化）
Cl CH 2Br
一、卤代烃的物理性质
沸点：烃基相同时 沸点 氯代烃<溴代烃<碘代烃。
相对密度：一氯代烃<1；一溴代烃和一碘代烃>1。 相对密度 溶解度：通常难溶于水，也不溶于冷的浓硫酸。 溶解度
二、卤代烃的化学性质
卤原子比氢原子活泼，它主要发生的反应是亲核 取代和消除反应。 1、亲核取代反应 亲核取代反应历程有两种类型：SN1和SN2 SN1反应 反应：中间体碳正离子，可重排； 反应 SN2反应 反应：构型反转，空间位阻影响。 反应 亲核试剂：OH-、RO-、NH3、H2O、X- 等 亲核试剂
第六章 卤代烃
一、卤代烃的物理性质 二、卤代烃的化学性质 三、影响卤代烃亲核取代反应活性的因素 四、影响卤代烃消除反应活性的因素 五、取代反应与消除反应的竞争 六、有机氟化物 七、卤代烃的制备
卤素直接与烃分子中的碳原子相连的化合物称 为卤代烃。通常卤代烃可以分为以下三种类型： 卤代烷烃：CH3Cl 、CH3CH2Br、CCl4 等 卤代烯烃：CH2=CHCl、CH2=CH-CH2Br 等 卤代芳烃：
NaBr
CH3CH2CH2CH2
COO-
OH回流
反应产物比原料多一个碳原子，此法在有机合 成中常用来制取-COOH、-CONH2、-COOR 等。
（3）被烷氧基取代得到醚（Willamson制醚法） 伯卤烷与醇钠在相应的醇为溶剂下反应得到醚， 此反应称为Willamson合成法，可用于制备单醚和混 醚。
♠空间位阻大小决定了SN2的反应活性。 伯卤烷 〉仲卤烷 〉叔卤烷 ♠相同级数的烷烃，随β-C取代基增加 而反应速率降低。
（c）烯丙基型和苄基型卤代烃对SN反应的影响
CH2 CH CH2
++
CH2
++
♠由于这些碳正离子相当稳定，所以相应卤代烃 SN1反应活性很高 反应活性很高。（比叔卤烷活性高） 反应活性很高 ♠SN2反应活性也很高（比伯卤烷活性高），因为 共轭而使过渡态活化能降低。
Z-式 式
C2H5
CH3
五、取代反应与消除反应的竞争
一般规律： 1、烃基结构 伯卤烷易发生亲核取代，叔卤烷易发生消除， 支链增多对消除有利。 2、试剂碱性和亲核性 碱性强对消除有利，对E2更有利；（KOH/醇、 RONa/醇、RONa/DMSO）。 亲核性强对取代有利，SN2更有利，试剂体积 增大对消除有利。
(CH3)3C Br NaOH
C2H5OH 55℃ ℃
CH3CH2CH2Br 8.9%
(CH3)2CHCH2Br 60%
CH3
C CH2 CH3
碱浓度
0 ml/l 0.05 2.00
28% 34% 93%
3、溶剂的影响 极性溶剂对E1反应有利。 4、反应温度的影响 由于反应过程中需要断裂C-H键，提高反应温度 对消除反应有利。 5、消除取向和立体化学 消除反应取向通常依照Saytzeff规则，即消除含氢 少的碳上的氢，生成支链多的烯烃。
CH3
CH3
例如：由Biblioteka BaiduD2O ,
D
CH3
Br2 Fe (C2H5)O
CH3
Mg
CH3
D2O
CH3
Br
MgBr
D
羰基与Grignard试剂加成
R C O R' R' H3O R C R" OH
+ +
R' R"
δ
MgBr
δ
R
C R"
OMgBr
Mg(OH)Br
♠本反应在有机合成中是很好的增碳和制醇方法。
X H C H
δ-
C
C
δNu （d）乙烯型卤化物对SN反应活性的影响
CH2
CH
X
2、亲核试剂的影响 SN1反应：决速步骤与亲核试剂浓度无关；但 亲核性增强将会导致反应历程的改变。 SN2反应：试剂亲核性增强对反应有利。 亲核性的比较：（结合碳原子的能力） RO- > OH- > ArO- > RCOO- >H2O （与碱性顺序一致 与碱性顺序一致） 与碱性顺序一致 与碱性顺序相反） I- > Br- > Cl- > F- (与碱性顺序相反 与碱性顺序相反 为什么？ 为什么？
SN1可以认为反应分两步进行 可以认为反应分两步进行： 可以认为反应分两步进行
CH3 CH3 C CH3 Br CH3
慢
CH3
C CH3
Br （1）
CH3 CH3 C CH3 OH
CH3
快
CH3
C CH3
OH （2）
♠（1）是慢反应，是决速步骤 （ ）是慢反应，是决速步骤。
SN2反应是协同的一步反应： 反应是协同的一步反应： 反应是协同的一步反应
3、反应温度 提高反应温度对取代、消除都有利，对消除更 有利。
♠消除反应的取向遵循Saytzeff规则： 生成支链较多的烯烃。
CH 3 CH3 CH CH Br CH 3
NaOH C2H5OH
CH3 CH3C CHCH 3
♠但是：当碱的体积特大 体积特大或离去基团离去能力 体积特大 离去能力 较差（氟原子）时，消除取向按Hofmann规则，即 较差 生成支链较少的烯烃。
CH3(CH2)7OH
CH3(CH2)3Cl
NaOH,H2O,△ △ (C4H9)4NSO4H
+ -
CH3(CH2)7
O CH2(CH2)2CH3
（4）被碘离子取代得到碘代烷 氯代烷或溴代烷在丙酮溶液中与碘化钠作用， 可发生卤原子置换反应，反应是典型SN2历程。
O CH3CCH3
CH3CHCH2CN Br
CH 3CHCH2CH3 Br
NaOH C2H5OH
CH3 C C H
H CH 3
CH3 C C H
CH 3 H
E1
几乎等量 E2是协同反应，卤原子和氢质子离去后， α和β碳的杂化形式由Sp3转化为Sp2，生成的 两个p轨道必须是相互平行才能形成π键。
根据此要求X和H必须处于对位交叉式或重叠式 构象，由于重叠式构象存在叫高的内能，并且空间位 阻较大对反应不利。E2反应主要按交叉式构象--反式 消除方式进行。 下列两种构象是有利的：
O
OH
合成
CH3CCH2CH3 , CH3CH2MgBr
CH3CH2CCH2CH3 CH3
如何避免格氏试剂 分解？
CH3 CH3CH2C CH3 O CH2CH2CH3
用不超过三个碳的有机物 合成上述丙基叔戊基醚
三、影响卤代烃亲核取代反应活性的因素
亲核取代反应历程主要是SN1和SN2。影响因素主 要是烃基结构、亲核试剂、离去基团、溶剂极性等。 1、烃基结构影响 （a）烃基结构对SN1反应的影响 RBr + H2O
四、影响卤代烃消除反应的因素
1、烃基结构的影响 E1反应活性：叔卤烷 > 仲卤烷 > 伯卤烷 E2反应活性：叔卤烷 > 仲卤烷 > 伯卤烷 （碱进攻β-H，叔卤烷β-H较多，反应活性高）
CH3 CH3 C CH2 H B X
♠相同级数的卤代烃，烃基支链越多，对消除越有利。 CH3CH2Br 0.9% 2、碱的强度影响 无论E1还是E2，碱性增强对反应有利。
CH3 Cl
3 COK
CH2
CH3
75%
25%
CH3CHCH(CH3)2 F
CH3OC2H5OH
CH2
CHCH(CH3)2
3、与金属反应，Grignard试剂的制备 （1）与金属锂作用 在隔绝空气和绝对乙醚等惰性溶剂中，卤烷与 金属锂作用，得到有机锂。有机锂试剂非常活泼， 可用于制备烷烃。 RX + 2Li RLi + RX RLi + LiX R-R + LiX
CH3CHCH2CH3 Br
C2H5ONa C2H5OH
CH3CH CHCH3
CH2
CHCH2CH3
81%
19%
♠消除取向主要考虑生成烯烃的稳定性和反应的 空间位阻。
NaOH C2H5OH
Br
共轭
NaOH
CH2CHCH2CH3 Br
C2H5OH
CH CHCH2CH3
♠立体取向：E1历程中间体碳正离子，平面型， 消除无立体选择性。
(C2H5)2O or THF,△ △
(Ar)RX
Mg
（ Ar)RMgX
♠醚与Grignard试 剂形成稳定的络 合物。
R H5C2 O H5C2 Mg O X C2H5 C2H5
Grignard试剂很活泼，能被空气中的氧氧化；能 与含活泼氢的化合物发生定量反应。
RMgX ROMgX
H2O
1/2 O2
H HX
X
对位交叉式
重叠式
例如：（2R，3R）-2-氯-3-甲基戊烷的消除
H H C2H5 X CH3
C2H5ONa
H C C C2H5
C2H5OH
CH3
E-式 式
CH3
CH3
（2R，3S）-2-氯-3-甲基戊烷的消除
H H CH3 X CH3 C2H5 H
C2H5ONa C2H5OH
CH3 C C
♠Corey-House反应： 2RLi + CuI R2CuLi + R’I R2CuLi +LiI R-R’+ RCu + LiI
♠Wurtz反应： RX + Na RNa + RX RNa + NaX R-R + NaX
（2）与金属镁作用（生成Grignard试剂） 卤代烃在绝对乙醚或四氢呋喃等溶剂中与金属镁 作用可以得到Grignard试剂。
ONa CH 3CH2CH 2Br CH3CHCH 3
C2H5OH
CH 3CH 2CH2
O CH(CH3)2
由于醇钠是强碱，若采用仲或叔卤烷 仲或叔卤烷将得到烯 仲或叔卤烷 烃。 若要制备下列化合物，应如何选择试剂：
CH3 CH3CH2C CH3 O CH2CH2CH3 O CH2
♠若反应在相转移催化剂存在下，则反应可有醇 在氢氧化钠水溶液中与卤代烷作用制得醚。反应条件 温和，且产率较高。
NaBr
回流
采用乙醇/水溶液作为溶剂，主要是增加卤烷在 反应体系中的溶解度。 此法常用于高级醇的制备。
（2）被氰基取代得到腈 伯卤烷与氰化钠在乙醇-水溶液中反应，可以得 仲和叔卤烷易生成消除产物。 到相应的腈化物；仲和叔卤烷 仲和叔卤烷
CH3CH2CH2CH2I NaCN
C2H5OH H2O
CH3CH2CH2CH2CN
2、消除反应 往往一个好的亲核试剂同时又是一个碱试剂，所 以在发生亲核反应的同时会发生消除反应，所不同的 是亲核试剂作用于α-C，而碱试剂作用于β-H。
dil. NaOH C2H5OH/H2O
CH3CH2CH2OH CH3CH CH2
CH3CH2CH2Br
con.NaOH C2H5OH
♠ 不同结构的卤烷发生消除反应的活性顺序为： 叔卤烷> 仲卤烷> 叔卤烷 仲卤烷 伯卤烷 ♠ 卤原子的活泼性 : RI> RBr> RCl
H HO H H C Br δ HO H H C H δ Br
SP2杂化
H HO C H H Br
（1）被羟基取代得到醇 卤甲烷或伯卤烷与NaOH/乙醇-水作用，可得到 仲醇或叔醇易生成消除产物。 醇；仲醇或叔醇 仲醇或叔醇
CH3CH2CH 2Br
NaOH C2H5OH/H2O
CH3CH2CH2OH
NaI
CH3CHCH2CN I
NaBr
丙酮的存在使生成的NaCl、NaBr不溶，使平 衡向右移动。
（5）与硝酸银-乙醇溶液作用 反应是典型SN1历程，生成沉淀的速度是： R3CX >R2CHX> RCH2X 不同结构的卤烷。 可用于鉴别不同结构 不同结构
C2H5OH
RX
AgNO3
RONO2
AgX
用化学方法鉴别： 用化学方法鉴别： 1—溴丁烯 溴丁烯 3—溴丁烯 溴丁烯 4—溴丁烯 溴丁烯 2—溴丁烷 溴丁烷
ROH
Mg(OH)X
RMgX
HX R'OH H2O NH3 R'C CH
MgX2 R'OMgX Mg(OH)X Mg(NH2)X R'C CMgX
RH
♠ ♠在有机分析中，将含有活泼氢的化合物与甲基碘 化镁作用，通过生成的甲烷计算出化合物中的活泼氢。 ♠在制备Grignard试剂时，必须使用绝对乙醚（不 含乙醇和水）。 ♠Grignard试剂能与醛、酮、酯等反应， 在有机合成上具有广泛用途。
HCOOH
ROH + HBr
（典型的SN1反应）
♠反应速率：CH3Br 1 ； CH3CH2Br 1.6 (CH3)2CHBr 3.2 ； (CH3)3CBr 107
♠碳正离子稳定性程度（如何判断？）决定了SN1的 反应活性： 叔卤烷 〉仲卤烷 〉伯卤烷 （b）烃基结构对SN2反应的影响 反应速率：CH3Br 2×105 ；CH3CH2Br 103 (CH3)2CHBr 12 ; (CH3)3CBr 1