第一章卤化反应

Cl2和Br2与烯烃加成反应历程：
R1 C R2 R1 C R2 X X C R4 R1 C R2 X X C R4 R1 R3 R2 X C C R4 X R3 R3 X X C R4 R2 X R3 R1 X C C R4 R3
对向产物 (anti)
同向产物 (syn)
δ
δ
X 仍从背后加成进攻
第三节
烃类的卤代反应
一、脂肪烃的卤代反应 • 1.饱和烃-自由基历程 • 2.不饱和烃
R H
X2 高 / 温
h/过氧化物
h
R X
Cl2/CH2Cl2 Cl
3. 烯丙位和苄位碳原子上的卤代反应
CH2 CH CH3 X2 hν CH2 CH CH2 X
NBS
（2）反应机理
hν
X2
CH2 CH CH2 H + X
+ E+ E+ + H E
E
亲电试剂
p -络合物
-络合物
反应机理
+ Cl-Cl 快 Cl
+
Cl Cl
- AlCl3
慢
Cl
+
_
H
ClAlCl3
快
+ AlCl3 + HCl
+
Br-Br
快
+
Br Br
Br
- Br2
慢
Br
+
Br
-
Br 2
慢
_
+
H
Br
+ Br2
Br 快 + H+ + Br 3
0
CH3 CH CH2
CH2 CH CH3 OCOCH3
(80%)
Woodward、Prevost双羟化
• 2.卤素对炔烃的加成
• （1）反应通式
• （2）反应机理 • 亲电加成，反式产物
• （3）影响因素 • 同离子效应，可减少副反应
• （4）应用特点 • 应用烯烃直接制备二卤代烯，困难。炔烃 的卤加成，方便。
• 和卤素的加成反应 • 不饱和羧酸的卤内酯化反应 • 和次卤酸(酯)的加成反应
• 和N-卤代酰胺的加成反应 • 和卤化氢的加成反应
一
不饱和烃卤加成反应
1.卤素对烯烃的加成
(加成)
F2:加成反应激烈，副产物多，实用性小; I2:C-I键不稳定，易消除，不实用;
Cl2和Br2常用，重要，资源丰富，且活泼
① 桥型卤正离子或离子对的过渡态形式
Q
Q R1 R3 C C R4 R2 X Q R1 R3 C C R4 R2 X Q R2 R3 C C R4 R1 X
(3)
R1 R2 R1 R2 R3 QX C C R4 R1
R3 C C R4 X
(1)
Q
(3)
R3 C C R4 R2 (2) X
(4)
Q=X、HO、RO、H、RCONH等
②羰基a位卤代： 羰基化合物在acid、base催化下形成烯 醇，易和亲电的卤化剂反应。 -p 超共轭使氢活泼，易卤代 ③炔烃的卤代： 酸碱反应 sp杂化
• 2. 亲核反应：
• 亲核取代
• SN1
• • • • • •
R-L
慢
R
快
+ L
R-X + X 活性中间体C+； R 两个过渡态； L=OH、OSO2R'、Cl、Br等 产物可外消旋化； 易重排； 反应速度只与反应物有关； 立体化学常常是判断SN1、SN2的标志；
6-10h ,51-55%
CH3
CH Br
CH Br
(Br为吸电子基,使中间体不 稳定)
• （4）应用特点 • ①制备烯丙位或苄位卤化物
②重排反应
ph 3C CH2 CH CH2
ph ph ph Br2 CH CH CH2
NBS/CCl4 hν △ .4h
ph3C CH
CH CH2Br (94%)
δ Br
Br Ph3C CH Br
(anti)
• 重排情形
H Ph2C CH CH2 Br Ph Ph2C C CH2 Ph Br -H+
Ph2C C CH2 Br Ph
⑤若反应体系中存在其它亲核试剂，则得到其 它加成产物;欲制得纯双卤产物，应避免使用 这些亲核试剂。
CH3COOH Et2O / 16 19 C 10h r.t. 20h
• （3）应用特点 • 次卤酸水溶液，制备卤代醇
Cl2/NaOH/H2O HgCl2/15~20 OH Cl
70~73%
• 用次卤酸酯亦可在非水溶液中进行：
CH CH2 t BuOCl/HOAc/H2O < 25。 ,15min
HOCHCH2Cl
• 2. N-卤代酰胺对烯烃的加成反应 • （1）反应通式
R1 C R2 X
转1800C
R3 C X R4
• ③位阻的影响
• 无位阻，机会均等，形成外消旋混合物； • 有位阻：
Me C16H30 Br2/AcOH AcONa/Et2O HO
Me HO H Br
Me C16H30 Br HO H Br
(84~85%)
对于环烯、桥卤正离子在位阻小的一面形成：
• ⑤碘代反应 • I2效果差，HI还原性使然 • 除去HI：加入氧化剂（过氧化氢、过碘酸 ）；加入碱 • 强碘化剂：ICl、RCO2I、CF3CO2I
• 3. 影响因素 • （1）芳环取代基电子效应的影响 • ①给电子有利-控制条件，卤化
• ②吸电子不利-提高卤化剂活性
NO2 Cl2O/(CF3SO2)2O 。 0 /POCl3
NO2
97%
• 实际亲电试剂为三氟甲磺酰次氯酸酐
Cl
• （2）芳杂环卤代 • ①多p芳杂环利于卤代 • Pyrole>furane>thiophene>benzene
原因:
CH3(CH2)2 CH CH CH CH3
58-64%
(共轭加超共轭) 稳定性大于
CH3(CH2)2 CH2 CH CH CH2
(只有共轭)
②吸电子取代基降低自由基的稳定性:
CH3 Br2 h ν ,140-1600C CHBr2 H3O+, 81-84% 70-1100C CHBr2 CH O CHO
目录
第一章
第二章 第三章
卤化反应
烃化反应 酰化反应
6
4 6
第四章
第五章
缩合反应
重排反应
6
6
第六章
第七章
氧化反应
还原反应
6
6
第一章 卤化反应
• Introduction
• 概念 • 有机化合物分子中引入碳—卤键的反 应。 • 目的：
• 制备含卤素有机物 • 官能团转化 • 引入卤素作为保护基、阻断剂，提高化学选 择性和区域选择性
Ph + O O
69%
少量
• （3）应用特点 • 形成内酯或半缩醛，可进一步还原
三、不饱和烃和次卤酸(酯) N-卤代酰胺的反应
• 1.次卤酸(酯)对烯烃的加成反应 • （1）反应通式
（2）反应机理
R1 R2 X R3 X R4 OH H2O R1 R2 OH R3 X R4 OH R1 R2 X OH R3 R4
Me Br Me Br OH H Br OH H Br
84-85% 甾体化合物
④有重排产物生成，生成更稳定的C 离子
Ph3CCH CH2 Br2 CCl4 Ph3CCH Br CH2Br + Ph2C C Ph
+
CH2Br
70%
δ δ δ Ph3CCH CH2 + Br
+ +
23%
Br CH2 Ph3C CHCH2Br
SN2
R-L + X X R
δ
L
δ
R-X
+ L
L=OH、OSO2R'、Cl、Br等
•新键的生成和旧键的断裂同时进行； •瓦尔登反转； •一个过渡态； •反应速度与反应物及试剂均有关；
二、自由基反应机理
• 1. 自由基加成
• 链引发
hv Q-X → Q· X· ＋
RO:OR → 2 RO·
RO· ＋Q-X → ROQ＋X·
②三分子协同亲电加成
H C C HX C H C X X H + C X H C +X
•实际上，三分子碰撞几率小。一般认为， 先形成p络合物，然后再与另一分子反应
(2)亲电取代
亲电试剂取代其它官能团的化学反应，这种被取代的基 团通常是氢，但其他基团被取代的情形也是存在的
• ①芳烃的卤取代反应 • 芳环上的氢被亲电试剂取代的反应称为芳香亲电 取代反应 苯环亲电取代反应的一般模式
ph3C CH CH CH2
(立体位阻大,不易 接近)
二
芳烃的卤代反应
δ δ X X
H X H X
X X 或 他 化 形 其 卤 剂 式 H X X
H
• • • • • •
X-L 常用卤化剂: X2、Cl2O、S2Cl2、SO2Cl2、tBuOCl NBS、HOBr、AcOBr、CF3COOBr 催化剂 AlCl3、SbCl5、FeCl3、SnCl4、TiCl4、 ZnCl2 • 溶剂 • 极性溶剂：HOAc、HCl、CHCl3
• ②缺p芳杂环不利于卤代
• 4. 应用特点 • ①制备卤代芳烃
• • • • •
②氟代反应 反应剧烈，低温、稀释。 ③氯代反应 HOCl、CH3CO2Cl、Cl2O、S2Cl2、 O2Cl2、tBuOCl
• • • •
④溴代反应 加入I2可加速反应，因I2Br-比Br3-容易生成 其他溴化剂：NBS、HOBr、CF3CO2Br Lewis酸可加速反应
(90%)
四、卤化氢对不饱和烃的加成反应
• 1. 卤化氢对烯烃的加成 • （1）反应通式
• 通卤化氢气体或其饱和有机溶剂，若困难 ，可加Lewis Acid或密封管加热。
• • • •
（2）反应机理 ①离子对过渡态 ②三分子协同 ③自由基加成
• 2. 卤化氢对炔烃的加成 • 反应特点： • 同离子效应
二、不饱和羧酸的卤内酯化反应
• （1）反应通式
（2）反应机理
I2/KI/NaHCO3 CH2CO2H O C H2C H O I H2O/r.t.4h I
H
H
*
*
H
O O
88%
H C C CO2H Br H
H Ph Br2/CHCl3 。 0 r.t.20min
H
Br CH CH Ph Br CO2H
• 链增长
C C
Q-X
C X
· C
C X
· C
Q-X C X C Q
＋X·
• 链终止
2
C X C X · C
· C
C X ＋X·
C C
C X
C X Q-X
C X
Q· X· ＋
• 2. 自由基取代
烯丙位卤代、羧酸脱羧卤置换、芳香重氮盐卤置换
• 链引发
• 链增长
• 链终止
第二节
不饱和烃的卤加成反应
R1 H C C R2 H Br R1 H R2 H NBS/DMSO
Br R1 R2 C C H H Me O S Me
C
C O SMe2
H2O
Br C H R1 C OH H R2
R2
b-消 除 (在 燥 MSO中 干 D )
Br C R1 C O H
OAc NBS/DMSO AcOCH2 O OgluAc4 OAc Br O AcOCH2 O OgluAc4 r.t
• （2）反应机理
OH R C NH X Nu C C X C C Nu C C X
Nu=H2O, ROH, DMSO, DMF
• （3）应用特点 • 制备b-卤醇以及b-卤醇衍生物
NBS/H2O Ph CH CH2 25 , 35min Ph CH CH2Br OH
•Dalton反应-anti加成-b溴醇
2X .
CH2 CH CH2 + HX
CH2
CH
CH2
X2
CH2
CH
CH2 X
X
CH3 CH3
Br2 125
hν
oC,2h
CH2 Br CH2 Br
(48~53%)
（3）影响因素 ①a位亚甲基一般比a位甲基容易取代:
CH3(CH2)2 NBS (PhCO)2O2 CH2 CH CH CH3 CCl4 △ .2h Br CH3(CH2)2 CH CH CH CH3
程度适中，反应相对易控制; Cl2来自于氯碱工业，Br2来自于海洋。
• （2）反应机理 • 以anti为主，但比例影响因素较多
• （3）影响因素 • ①烯烃结构影响
Br x CH HC CH3 Br2/CCl4 2-5 c
0
H C Br CH3 + X
Br CH3 C C H Br H
X
C H
对向（anti） X=H 88% X=OCH3 63%
• • • • •
机理： 亲电加成（不饱和烃和卤素加成） 亲电取代（芳烃和羰基a位卤代） 亲核取代（醇羟基、羧羟基等的卤置换） 自由基反应（苄位、烯丙位卤代，羧基、 重氮基卤置换）
第一节 卤化反应机理
• 一、电子反应机理 • 1.亲电反应 （1）亲电加成
通过化学键异裂产生的带正电的原子或基团进攻 不饱和键而引起的加成反应称为亲电加成反应。 亲电加成反应可以按照“环正离子中间体机 理”、“碳正离子中间体机理”、“离子对中间体 机理”和“三中心过渡态机理”四种途径进行。
同向（syn） 12% 37%
(MeO的供电子作用)
H C
CH3 O
C2H5
>
H来自百度文库C
C2H5
(稳定性)
• 当双键上有Ph基时,同向加成比例增加,(使 C 离子稳定) C -- C单键来得及旋转，按 三圆环过渡态进行的可能性减小。
• ②不同卤素的影响 • 溴加成,极化能力强，易形成鎓离子，以对 向加成为主(anti)；氯加成，极化性小， 不易形成桥氯正离子，同向为主。