《chapter卤代烃》PPT课件

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Walden转化— SN2反应进行时,Nu:- (亲核试剂) 从 X (离去基 团) 的背面进攻,产物构型完全反转
立体专一反应—— 从立体化学有差异的反应物形成 立体化学完全不同的产物的反

2. 单分子亲核取代反应(SN1): : 反应机理: 以(CH3)3CBr的碱性水解为例
(CH3)3C Br + OH
(CH3)3C OH + Br
= υ k[ (CH3)3CBr ]
由此可见,这是一个动力学一级反应,其反应速率只y与叔丁基溴的 浓度有关。
单分子亲核取代反应是分步进行的:
第一步:

(CH3)3C Br
第二步:
+
(CH3)3C + OH
δ+
δ
(CH3)3C Br
过渡态

δ+
δ
(CH3)3C OH
过渡态
该法是合成不对称醚的常用方法,称为 Williamson (威廉姆森)合成法。该法也常用于合成硫醚或芳醚。
采用该法以伯卤烷效果最好,仲卤烷效果较差,但 不能使用叔卤烷,因为叔卤烷易发生消除反应生成烯烃。
卤代醇在碱性条件下,可以生成环醚
OH Cl CaO O CH2 CH2 H2O
HO CH2 CH2 Cl
CH3
H2O SN 1
H2O H
CH3 CH3 C CH CH3 重排
CH3 OH CH3
CH3 C CH CH3 CH3
SN1反应与SN2反应的区别:
SN1 SN2
单分子反应
= K [ R-X ]
两步反应 有中间体碳正离子生成 构型翻转 + 构型保持 有重排产物
威廉姆森首先制出混合醚——氧原子和两个不同的烃基连结, 为 此在制备混和醚时所用的化学反应一直被叫做威廉姆森合成法。
3. 氨解:
R X + NH3
RNH 2 + HX 酸碱反应
RNH 3+X OH - RNH 2
因为生成的伯胺仍是一个亲核试剂,它可以继续与卤代烷作用, 生成仲胺或叔胺的混合物,故反应要在过量氨(胺)的存在下进行。
CH3OC2H5
(SN1)
C2H5O C2H5OH
wk.baidu.com
CH3
+
CH3 C CH
CH3
。 2 碳正离子
CH3
重排
CH3
C2H5O CH3
CH3
+
C
CH
CH3
C2H5O C2H5OH
CH3
C
CH
CH3
CH3
CH3
。 3 碳正离子
主要产物
SN1中的碳正离子重排
CH3
例 CH3 C CH CH3
CH3 Br
CH3 CH3 C CH CH3
•X 数目——一卤、二卤、多卤代烃
一元卤代烃(伯、仲、叔卤代烃) CH3CH2Cl (氯乙烷),CH3CHClCH3 (2-氯丙烷), (CH3)3CBr(叔丁基溴)
二元卤代烃 CH2ClCH2Cl(1,2-二氯乙烷), CH2I2(二碘甲烷)
多元卤代烃(多元甲基卤代物、全氟卤代烃等) CH2ClCHClCH2Cl(1,2,3 -三氯丙烷) CHCl3(氯仿) , CHBr3 (溴仿), CHI3(碘仿), CCl4(四氯化碳)
过渡态的特点: O C 键尚未完全形成, C Br 也未完全断裂;
过渡态出现了形式上的“五价碳”原子,该“五价碳”可看成为 sp2杂化, 三个正常共价键在同一平面, 两个部分共价键在平面的两侧,此时,各个 原子或基团之间的排斥作用最小,有利于过渡态的形成。
SN2反应的势能变化示意图
SN2的立体化学
他最先开始对酒精和乙醚的反应进行一系列艰苦 研究,证明:在酒精分子中,一个氧原子分别与一个氢原 子及一个烃基结合;而在乙醚中,氧是与两个烃基结合的。
1854年,威廉姆森解释了乙醇制备乙醚时需要用硫酸的理由,因为硫 酸首先和酒精反应生成硫酸乙酯,硫酸乙酯再与余下的酒精反应生成乙醚释 放出硫酸。因硫酸先与酒精结合然后再被放,在反应的终点既不被消耗也不 发生变化,但对反应又是必需的,其作用为催化作用。这是人们第一次用生 成中间化合物的观点解释催化反应。其后来凯利斯等人的工作表明,这个概 念对于解释酶的作用极为重要。
CH3CHCH3 + NaBr I
NaBr与NaCl不溶于丙酮,而NaI却溶于丙酮,从而
有利于反应的进行。
6. 与硝酸银作用:
R X + AgNO3 C2H5OH R ONO2 + AgX
活性顺序:RI > RBr > RCl
。 3 RX
>2。RX
>1。RX
( X 原子相同 )
8-3-2 亲核取代反应历程 :
型保持几乎相等
面进攻几率相等,产物构型反转和构
SN1反应的另一个特点——重排:
由于反应中包含有碳正离子中间体的生成,可以预 料,它将显示出碳正离子反应的特性。
如:2,2-二甲基-3-溴丁烷的醇解(SN1历程):
CH3
CH3 C CH CH3 Br
CH3
C2H5O C2H5OH
CH3
CH3 C CH CH3 (SN2)
Cl
CH3
3- 甲基 -4- 氯 -1-丁烯 2- 甲基 -1- 氯 -3-丁烯 ×
4 -甲基 -5- 氯环己烯
CH2X
卤化苄 或苄基卤(氯、溴、碘)
8.3 脂肪族卤代烃的化学性 质
Nu :
CH C
B : 消除反应
(Elimination, E )
X
亲核取代
(Nucleophilic Substitution, SN)
R'' (H) (H) R
R'' (H)
(H) R'
X
乙烯型卤代烃
(H) R'
CH2X
烯丙基型卤代烃
(H) R'
(CH2) n X (n >1)
隔离型卤代烯烃
X 芳卤
CH2X 苄基卤
•X 种类——氟代烃、氯代烃、溴代烃、碘代烃
CH2ClCHClCH2Cl (1,2,3 -三氯丙烷)
CHCl3 (氯仿) CCl4(四氯化碳)——氯代烃 CHBr3 (溴仿) ——溴代烃 CHI3 (碘仿) ——碘代烃
实验1。
SN1(单分子反应)和 SN2 (双分子反应)
OH
CH3Br
OH 80 % ethanol CH3OH
Br
反应速率 = k2 [CH3Br] [HO-] 动力学上为二级反应,说明 CH3Br和 OH- 均参与了取代反应的决速步骤 SN2—微观上的决速步骤为双分子参与
Bimolecular Nucleophilic Substitution (SN2)
CH3-CH2-CH-CH-CH2-CH3 Cl Br
3—氯— 4 —溴己烷
CH3-CH-CH-CH3 Cl CH3
2—甲基—3—氯丁烷
CH2Cl CH3-CH2-CH2-CH-CH-CH2-CH3
CH3
3—甲基—4—氯甲基庚烷
CH3-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH3 CH3 Cl
CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH3
+
(CH3)3C + Br
中间体
(CH3)3C OH
SN1 (单分子反应)历程

R3C X
[ R3C X ]
过渡态
R3C X
R3C Nu:
[ R3C Nu ]
过渡态
R3C Nu
SN1反应 的势能变 化示意图
( CH3)3CBr的乙醇解反应
SN1的立体化学
外消旋体——SN1反应进行时,Nu:- (亲核试剂) 从 碳正离子正反两
2 NaOH
O
O
Cl CH2 CH2 OH
身残志坚的典范
Alexander Willian Williamson (1824-1904)
英国化学家。1824年5月1日生于伦敦;1904年5月6日卒于 萨里。威廉姆森 (其父母是苏格兰人) ,儿时失去了一只 手和一只眼。然而这算不了什么—一个聪明的头脑仍然留 了下来。威廉姆森在德国海德堡学医, 中途对化学发生兴 趣。由于格梅林的影响, 他改学化学。1844年到吉森大学 在李比希领导下工作,1845年获博士学位。1849年在伦敦 的大学学院任化学教授。
SN2 (双分子反应)历程
H
HO
C Br
H
H
H
HO
C
Br
HH 过渡态
H
HO C
Br
HH
HO 从离去基团溴原子的 背面进攻中心碳原子,受溴原 子的电子效应和空间效应的影 响最小。
中心碳原子与五个 其他原子或基团相连接, 由于较为拥挤,导致其 热力学稳定性差,易于 断键,使中心碳原子恢 复 sp3杂化。
4. 氰解:
R X + NaCN
C2H5OH ( NaCN)
R CN
H3O+ R COOH
增加一个碳原子
该反应的重要意义除可增长碳链外,还可以通过氰
基转化为―COOH、 ―CONH2等官能团。 该反应与卤代烷的醇解相似,亦不能使用叔卤烷,
否则将主要得到烯烃。
5. 卤离子交换反应:
CH3CHCH3 + NaI 丙 酮 Br
复杂卤代烷烃的命名— 系统命名法(与烷烃命名相仿)
(1)选择主链—选最长碳链为主链,根据碳原子数命名为“某烷”; (注:不是含卤原子最长碳链) (2)碳原子编号—采用最低秩序原则(即从最靠近取代基一端开始编 号,依次标上1,2,3等数字),取代基写在“某烷”之前,并以半字 线连接;
(3)主链上的卤原子或取代基按秩序规则顺序排序,并以较优基团 列在后(一般卤素为较优基团,应写在后面)。卤素的秩序是:氟、 氯、溴、碘。
CF3CF2CF3 (全氟丙烷), CF3CF2CF2CF3 (全氟丁烷)
8.2 卤代烃的命名 (Nomenclature of Halo-hydrocarbon) — 简单卤代烷烃命名 “某基”卤, “卤”某烷(习惯命名法) 或俗名
CH3Cl 甲基氯(氯甲烷)
C2H5Br 乙基溴(溴乙烷)
H3C
与金属反应
(金属有机试剂 Organometalllic
Reagents)
8-3-1 卤代烷的亲核取代反应
R—X + :Nu-Z
R—Nu + X-Z 亲核试剂为中性分子
_ R—X + :Nu
_ R—Nu + X
亲核试剂为带负电荷离子
R X + OH R X + R'O Na+
R OH + X R O R' + NaX
亲核取代反应(SN1, SN2)、 消除反应(E1, E2)、
•重要的卤代烃 (Important Halo-hydrocarbon)
8.1 卤代烃的分类 (Classification of Halo-hydrocarbon)
•R 结构——饱和卤代烃、不饱和卤代烃(卤代烯烃、卤代 炔烃、卤代芳烃)。
异丙基碘
CHI (2-碘丙烷)
H3C
CH3CH2CH2CH2Br 正丁基溴(1-溴丁烷)
CH3 H3C C Cl
CH3 叔丁基氯(2-甲基-2-氯丙烷)
H3C CHCH2Cl
H3C 异丁基氯(2-甲基-1-氯丙烷)
H3CH2C CHBr
H3C 仲丁基溴(2-溴丁烷)
CHCl3 氯仿(三氯甲烷)
CHI3 碘仿(三碘甲烷)
实验2。
(CH3)3CBr
OH
OH 80 % ethanol
(CH3)3COH
Br
反应速率 = k1 [(CH3)3Br] 动力学上的一级反应,决速步骤只有 ( CH3)3CBr 参与了反应 SN1—微观上的决速步骤仅为单分子参与。
Unimolecular Nucleophilic Substitution (SN1)
Chapter 8 Halohydrocarbon 第八章 卤 代 烃
本章主要内容
卤代烃—烃分子中的氢原子被卤素原子(氟、氯、溴、碘)
取代的产物。
•卤代烃的分类 (Classification of Halo-hydrocarbon) •卤代烃的命名 (Nomenclature of Halo-hydrocarbon) •卤代烃的物理性质 (Physical Properties) •卤代烃的化学性质 (Chemical Properties)
Cl
CH3
CH3-CH2-CH-CH-CH2-CH3 Br Cl
3- 甲基 -5- 氯庚烷 3- 氯-5- 甲基庚烷 × 4-甲基 -2- 氯己烷
3- 氯 -4- 溴己烷 3- 溴 -4- 氯己烷 ×
卤代烯(炔)烃命名时,以烯(炔)烃为母体,以双 (叁)键位次最小编号。其余同烯炔命名
CH2= CH-CH-CH2-Cl CH3
饱和卤代烃——根据卤素原子所连碳的种类的不同分类: 伯卤代烃,仲卤代烃,叔卤代烃
H
H
R'
R'
HCX
RCX
R CX
RCX
H
H
卤代甲烷 (CH3X) 伯卤代烷烃 (1o RX)
H 仲卤代烷烃 (2o RX)
R'' 叔卤代烷烃 (3o RX)
不饱和卤代烃——卤代烯(炔)烃和卤代芳烃
(H) R
R'' (H) (H) R
1. 水解:
R X + H OH
R OH + HX
可逆反应
R X + NaOH H2O R OH + NaX
不可逆反应
离去基 X 的碱性越弱,越容易被 OH 取代。
水解反应的相对活性: RI>RBr>RCl>RF (烷基相同)
2. 醇解:
CH3CH2CH2ONa + CH3CH2I CH3CH2CH2OH CH3CH2CH2 O CH2CH3 + NaI 混合醚
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