有机化学第八章卤代烃

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R X + H-Nu R Nu
同时充当试剂和 溶剂——溶剂解 反应
H-OH H-OR' H-NH2
(水) (醇) (氨)
R-OH R OR'
醇 醚 伯胺 仲胺 叔胺 季铵盐
R-NH2 R-NHR' R-NR'2 R-NR'3 X
H-NHR' (伯胺) H-NR'2 NR'3 (仲胺) (叔胺)
⑴、卤烷水解
Na2CO3/H2O
ClCH2 –CH =CH2 ——— > HOCH2 –CH =CH2
⑵与氰化钠的作用
卤烷与氰化钠在醇溶液中加热回流反应,生成腈。 RX + N a CN/醇

RCN 腈 + N a X
△ 氰基-CN是腈类化合物的官能团,通过以上反应,分子中增加了一个碳原子,在 有机合成中作为增长碳链的方法之一。 RX不易用叔卤代物.
相对速率
15000
100
1
很小
③离去基团的影响:R一X 好的离去基团有利于SN1,当然也利 于SN2 离去基团的碱性越弱,形成的负离子越稳定,越是好的离去基团。
I- , Br - , Cl- ,F -都是好的离去集团 离去基团离去性强弱 I- > Br - > Cl- >F -

无论SN1、SN2,反应速度 RI > RBr >RCl OH- , OR- ,NH2 -, NHR - 等碱性较强,一般不宜被置 换,是差的离去集团。
子为取代基。
3)芳香族卤代烃,简单的卤代芳烃以芳烃为母体,卤原子 为取代基。如含较复杂的烃基,以烷烃为母体,卤原子和芳 烃作为取代基。例:
4 ) 、 简单卤代烃命名:
多卤代烃: CHCl3 (氯仿)
CHI3(碘仿)
全氟代烃: CF3CF3CF3 (全氟丙烷)
5)手性分子的命名
(s)-3-甲基-1-溴戊烷
1.消除反应E1和E2 1). E1机理(单分子消除机理):两步反 应
B H X C C 慢 X H C C 快 C C + H B
碳正离子中间体
这里碱基不是进攻碳正离子,而是进攻β-H并夺 走质子,α-C和 β-C之间形成双键. 反应速度v=k×[RX], 与[B:–]浓度无关.决定反应速度的一步 只有一种分子参与反应,称单分子消除反应,记为E1。亲核试剂如果 进攻a-C则发生亲核取代反应SN1.
CH2=CH-CH3
光照 + NBS →CH2=CH-CH2Br
2.不饱和烃与HX或X2加成
3.从醇制备
1).醇与氢卤酸反应 :可逆反应,增加反应物浓度并除去生
成的水,可以提高卤烷的产率。
R一OH + HX → R X + H2O
HI是强酸,Iˉ是强亲核试剂,与醇的反应很容易进行; HBr与醇反应必须有硫酸参加;HCl (浓)还需要无水 Zncl2催化。
2)醇与卤化磷的反应
ROH + PX3 -------- RX 这是制备溴烷、碘烷的常用方法。通常PBr3 PI3不必事先制备,只要将溴或碘和赤磷加到醇中共热,生 成的PX3立即与醇作用,这样制得的碘烷产率高达90%。 ROH + PCl5 -------- RCl + POCl3 + HCl 伯醇生成氯烷时一般用五氯化磷,{因其与PCl3作用产生副 反应生成 亚磷酸酯P(OR)3 }
势 能
T1 T2 M
S
P
反应进程
2). E2机理(双分子消除机理):
B H C C X C C C C + H B + X
B
H
五中心过渡态
X
此称为双分子消除反应,记为E2.
旧键的解离与新键的形成
同时进行(一步机理) 符合动力学特征 v = k
× [RX] ×
势 能
T
[B:]
S P
亲核试剂如果进攻a-C则发 生亲核取代反应SN2.
反应进程
2.影响E1与E2的因素
① 试剂的影响: B:ˉ碱性强、浓度大,有利于E2 ,对E1无影响 ②形成碳正离子稳定性的影响: 叔卤代物,易形成稳定的碳正离子有利于E1 。而叔卤代物大多有更多 的β-H ,有利于E2 。所以绝对占优的E1反应,一般只发生在叔卤代 物并碱性较低的溶液中。伯卤烷发生消除反应较难,当伯卤烷β-C上 支链增多时, E2消除反应活性相应增大。 ③ 溶剂极性的影响 : 溶剂极性大有利于E1 ,不利于E2。因为溶剂极性大有利于E1过渡态 中的电荷集中(极性增大),而不利于E2过渡态中的电荷分散(极性 减小)。极性小的溶剂则反之。由于E1、SN1均经过正碳离子的过程, 一般有利于SN1的条件也有利于E1。
二、卤代烃的消除反应:从分子中失 去一个简单分子生成不饱和键的反应叫 消除反应,用E表示。
a
R
b
C H
a
C H
Nu
+
X
R
b
C H B
C H
X
取代反应,SN2 or SN1
Nu
进攻a位碳
R
进攻b位氢
b
C
C
a
+ H
X
+
HB
一般情况下,消除 与亲核取代反应同时 存在(竞争)
b-消除反应 制备烯烃的方法之一 脱卤化氢 脱卤素
R R R R R
OH OR' SH SR' O O C R'
醇 醚 硫醇 硫醚 酯
(接下页)
(接上页)
R
X
+
Nu
R
Nu
CN
R
CN
腈 高级炔
伯卤代烃
C C R' R C C R' 炔基负离子 CH(CO2Et)2 丙二酸酯负离子 I R I 碘代烷 R CH(CO2Et)2 烷基丙二酸酯

与分子型亲核试剂的反应
(R)- 2,3-二甲基-3-氯戊烷
§8.2 卤代烃的制备 1.烃的卤代:
由烷烃卤代制备卤烷,目前工业上虽有一些应用,特别是甲烷的氯代,通过 调节原料比例和反应条件,可制备一氯甲烷、二氯甲烷或三氯甲烷,但在实 验室内通常只限于制备烯丙基卤代物和苯甲基卤代物。 烷烃的溴代反应比氯代困难,碘代反应更难,一般不易由烷烃碘代来得到 碘烷,因为碘代时生成的碘化氢为较强的还原剂,能使反应逆向进行。
⑸、与炔钠作用
RX + R/C ≡CNa ------- R/C ≡CR 炔 同样反应要求是伯卤代物,否则易发生消除反应。
⑹、与硝酸银作用
RX + AgNO3 --- RONO2 + AgX ↓ 烷基硝酸酯 此反应用于卤烃的鉴定.反应活性次序: 叔卤烷 > 仲卤烷 > 伯卤烷

取代反应小结
R 腈 R CH(CO2Et)2
系统命名法:以相应烃为母体,将卤原子作为取代基。命 名时,在烃名称前标上卤原子及支链等取代基的位置、数 目和名称。例:
1)含卤素最长碳链为主链,卤原子及其它支链作取代基,从取代基较 小的一端开始编号,取代基按“顺序规则”较优在后面列出:
2)以烯烃为母体,含双键最长碳链为主链,双键位次最小编号,卤原
1.亲核取代反应
R
X
底物
+
Nu
R
Nu
+
X
(substrate)
负离子型亲 核试剂
X称离去基团:带着一对电子离去的 分子或负离子。
亲核试剂:带负电荷的离子或带未共用电子对的中性分 子
R
X
+
H-Nu
R
Nu
+
H
X
分子型 亲核试剂
亲核试剂:
与负离子型亲核试剂的反应
R X + Nu R Nu
OH OR' SH SR' O O C R'
§8.3卤代烃的化学性质

卤素对化学建的影响——诱导(吸电子)效应

C
X

诱导效应因键链原子极性不同而引起
电子沿着键链向某一方向移动的效应称 为诱导效应
-电子发生偏移, X 起吸电子作用。
脱卤化氢而发生消除反应E
一、卤代烷的亲核取代反应
(SN反应,Nucleophilic Substitution Reaction)
⑵.影响SN1和SN2反应速度的因素
①形成碳正离子稳定性的影响 碳正离子稳定性30 >20 >10 叔卤化烷有利于SN1。
SN1经过碳正离子过程。因此,
在极性很强的甲酸水溶液中,反应按SN1进行
相对速率
1
1.7
45
100000000
②. 空间位阻影响:SN2从反面进攻,因此空间位阻小有利 于SN2,空间位阻对SN1基本无影响。相对速率 在极性较小的丙酮溶液中, ,反应按SN2进行
④亲核试剂Nu-的影响:亲核性越强越有利于SN2,与SN1无多大关系,而亲核 试剂的亲核原子相同时,其亲核性与碱性往往一致,亲核试剂的亲核性强弱还 与可极化性有关,在质子性溶剂中亲核试剂的亲核性强弱顺序: I- > Br - > Cl- >F - 而碱性强弱顺序相反
亲核试剂
⑤溶剂的影响:溶剂极性强、质子型溶剂有利于SN1. 弱极性质子型溶剂和极性非质子型溶剂如二甲基亚砜等对SN2有利。
H+ RCN + H2O → RCOOH △
⑶与氨作用
氨比水或醇具有更强的亲核性,卤烷和过量的氨作用可制得伯胺。 RX + NH3 (过量)

RNH2
伯胺
⑷、与醇钠作用(威廉姆森合成法)
卤烷与醇钠的作用可制得醚,反应中用的卤烷,一般是指伯卤烷。 RX +Na OR/ → ROR/ +NaX 醚
否则易发生消除反应
卤烷与水作用可水解生成醇,这个反应是可逆的。并且可能存在副 反应(消除反应),立体化学不确定。通常情况下,卤烷水解进行得 很慢。为了加快反应速度和使反应进行完全,常常将卤烷与强碱的水 溶液共热来进行水解。这里OH-是比水更强的亲核试剂,所以反应容 易进行。 RX + H2O /NaOH → ROH + NaX △ 反应中生成的HX可被碱中和,从而加速反应并提高醇的产率。一般 – 卤烃由醇制得,因此反应似乎没有什么价值,但实际上一些比较复杂 的分子引入一个羟基要比引入一个卤素困难。因此在合成上往往可以 先引入卤素原子,然后通过水解再引入羟基。
①SN1产物部分外消旋化。因亲核试剂的进攻发生在卤离子完全离开正碳离子
的近旁之前,因而在某种程度上离去离子遮住了正碳离子的前面,使之不受 进攻,结果背面进攻占优势。也有的情况几乎完全外消旋化。
SN1产物部分外消旋化
②SN2反应进行时有完全的立体化学转化,称为瓦尔登转化。象大风中 雨伞的翻里向外。
烯丙基卤代烃和苄基卤代烃SN1和SN2反应中都很活泼。
例题:将下列化合物按反应速率大小排列 (1) 按SN1 CH3CH2CH2 CH2Br (2) 按SN2 CH3CH2CH2 Br (CH3)3C CH2Br (CH3)2CH CH2Br (CH3)3CBr
CH3 ∣ CH3CH2CHBr
3. SN1和SN2反应的立体化学
第八章பைடு நூலகம்
卤代烃
§8.1卤代烃定义、分类和命名
1.分类:
按含卤原子种类分类: 氟代烃 氯代烃 溴代烃 碘代烃 按含卤原子数目分类: 一卤代烃 多卤代烃等 按烃基类型分类: 饱和卤代烃 不饱和卤代烃 芳香烃卤代烃 根据卤原子相连的碳原子不同分类: 伯(一级)卤代烃 仲(二级)卤代烃 叔(三级)卤代烃
2、命名
碳正离子
SN1反应能量变化
②SN2
实验证明,溴甲烷的碱性水解反应速度不仅与卤烷 浓度成正比,也与碱的浓度成正比。
在决定反应速度的这步骤中,新键的建立和旧键的断裂是同步进行的, 共价键的变化发生在两种分子中,因此它是双分子亲核取代反应SN2 。
SN2反应能量变化
SN1和SN2反应不是绝对的,在一个反应中两种反应往往并存,只不过一 种占优势,一种不显著。
SH R
SR'
硫醇(硫醚)
R-X为重要有机中间体(intermediates)
2. 亲核取代反应的竞争 ⑴. SN1和SN2
①SN1 :实验证明叔丁基溴在碱性溶液中的水解速度 仅与卤烷的浓度成正比,而与亲核试剂OH-的浓度无关。 反应机理
= k1[(CH3)3CBr]
在决定反应速度的这一步骤中,发生共价键变化的只有一种分子, 所以称作单分子反应历程。这种单分子亲核取代反应常用SN1来表 示。
NaCH(CO2Et)2 NaCN NaI
CN
R
I 碘代物 R OH 醇
烷基丙二酸酯
XMg C
NaOH or H2O C R'
R
C
C R'
Na
高级炔
or C C
R
R'
X
NaOR' or HOR' NaSH or NaSR'
R
OR' 醚
R'COONa
R
O O C R' 酯
NHR'2(H)
R R NH2 伯胺 R NHR' 仲胺 R NR'2 叔胺
4. SN1重排反应:

亲核取代反应机理小结
卤代烷亲核取代的两种机理: SN1 和 SN2 SN1 机理:♣单分子取代,二步机理(异裂反应)
♣反应速率
= k [RX]
♣中间体——碳正离子
♣手性底物反应发生消旋化
——外消旋体
SN2 机理:♣双分子取代,一步机理(协同反应) ♣反应速率 = k[RX][Nu-] ♣手性底物反应发生构型转换
3)、醇与亚硫酰氯(氯化亚砜)的反应。 ROH + SOCl2 ---------RCl+ SO2 ↑+ HCl ↑
这个反应的优点不仅反应速度快,而且此法产率高(90%),纯度高, 副产物都是气体,容易和氯烷分离。 溴化亚砜不稳定,难以得到,此法只能制备氯烷。
氯化亚砜:无色或淡黄色发烟液体,有强刺激性气味。遇水或醇分解成二氧化硫 和氯化氢。对有机分子中的羟基有选择性取代作用 。 氨苯砜 俗称:二氨基二苯砜,双氨基双苯砜 ,砜类抑菌剂
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