第九章 卤代烃

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连。
H2C CH2 Cl
Br
H3C CH
CH
I
2)烯丙式卤代烃:卤原子与不饱和烃基相隔一个碳原 CH3 子。
H2C CH CH2Cl
CH 2Br
CH Br
3)孤立式卤代烃:卤原子与烃基相隔二个或二个以 上碳原子
H2C CH CH2 CH2Br
CH2 CH2 Cl
(2)命名:结构简单卤代烯烃和卤代芳烃的命名方法 与卤代烷烃相似,以烃基为母体,称为卤代某烯或 卤代苯。例:
格林尼亚因此而获得1912年的诺贝尔化学奖
(4)饱和碳原子上亲核取代反应历程
(A)单分子亲核取代反应(SN1)
(CH3)3CBr + OH-/H2O (CH3)3COH + Br-
υ= k[(CH3)3CBr] —动力学一级反应,与[OH-]无关。
1)反应机理 两步反应(SN1反应是分两步完成的)
3-甲基-5-氯-2-己烯
CH 2-Cl
Cl
CH3
1,4-二甲基-2-氯苯
苯氯甲烷(或苄氯)
9.2.2双键位置对卤原子活性的影响
不饱和卤代烃和卤代芳烃中卤原子的化学活性与 其分子结构有关,通常根据其与硝酸银的醇溶液反应 生成卤代银的速度来判断其分子中卤原子的活性。
H2C CH CH2 Cl
CH 2Cl
CR'
上述反应是定量进行的,可用于有机分析中测定 化合物所含活泼氢的数量目(叫做活泼氢测定发)。
CH3MgX + H-A
CH4 + Mg(A)X
根据放出甲烷的体积
计算出活泼氢的个数
格氏试剂遇水就分解,所以,在制备和使用格氏试剂 时 都必须用无水溶剂和干燥的容器。操作要采取隔绝空气中 湿气的措施。 在利用RMgX进行合成过程中还必须注意含活泼氢的化合。
CHF3 CHCl3 CHBr3 CHI3
氟仿(fluroform) 氯仿(chloroform) 溴仿(Bromoform) 碘仿(Iodoform)
3)按卤素连接的碳原子分类
(CH3)2CHCH2Cl Br CH3CH2CHCH3 (CH3)3C-I 9.1 卤代烷 一级(10、伯)卤代烷 二级(20、仲)卤代烷 三级(30、叔)卤代烷
立即生成沉淀
+ AgNO3
H2C CH CH2 CH2Cl
CH 2 CH 2Cl

加热后生成沉淀
H2C
CH Cl
Cl
加热也无沉淀 生成
从上面的实验结果可以看出,不饱和卤代烯烃和卤 代芳烃中卤原子的活性大小次序为: 烯丙式﹥孤立式﹥乙烯式 但结构不同的卤代烷烃,其分子中卤原子的活性与 其结构的关系为: 叔卤代烃﹥仲卤代烃﹥ 伯卤代烃﹥卤甲烷 卤代烷分子中卤原子活性与孤立式卤代烯、卤代芳 烃相似。因此卤代烃(包括不饱和卤代烃和卤代烷烃)
2)与醛、酮、酯、二氧化碳、环氧乙烷等反应
HCHO R'CHO O R' C R'' RMgX + O R' C OR'' RCH2OH OH R CH R' OH R C R'' R' OH R C R'' R' RCH2CH2OH 1 2 3
3
O R' C N
1° (增两个C) O H3+O R' C NMgX R C R' R
R-O R' + NaX 醚
R-X一般为1°RX,(仲、叔卤代烷与醇钠反应 时,主要发生消除反应生成烯烃)。
(E) 与AgNO3/醇溶液反应
乙醇
R-X + AgONO2
RONO2 + AgX
卤代烃的反应活性为: R3C-X > R2CH-X > RCH2-X R-I > R-Br > R-Cl
室温沉淀
位 能
HO + CH3Br
反应进程 SN2 反应进程中的能量变化
9.2 卤代烯烃与卤代芳烃 卤原子取代烯烃或芳烃中的氢原子后所得到的衍
生物叫卤代烯烃或卤代芳烃。
9.2.1.分类与命名 (1)分类:根据卤代烯烃或卤代芳烃中烃基与卤原子 的连接方式不同可将其分为乙烯式、孤立式和烯丙 式三类:
1)乙烯式卤代烃:卤原子与烯烃基或芳烃基直接相
d
-
MgX(OH) MgX(OR') RH + MgX(NH2)
¨Á ¶ ¿ É ú ³ É
d d+
-
H-OR' H-NH2 H-X H-C
£££
R-MgX +
Ï ³ º É É Ï Î Þ Ó Ã
MgX2 R'C CMgX
² » È ù  ±¯ » à ¾ £ ¬ º Ï ³ É É Ï Ó Ð Ó Ã
卤代烃:烃类分子中的氢原子被卤素取代后的化合物 卤代烃的分类: 1)按烃基分类
CH3CH2X
CH2=CHCH2X
不饱和卤代烃
X
CH2X
饱和卤代烃
芳香卤代烃 (卤代芳烃) 三卤代烃
(卤代烷) (卤代烯烃) 2)按卤素数目分类 一卤代烃 二卤代烃 连二卤代烃 ClCH CH Cl 2 2 偕二卤代烃 CH Br 2 2 CH3CH2Br
是气体外,其它是液体,C15是低熔点的固体。 当烃基相同,卤素不同时,卤代烃的沸点高低 次序为: R-I>R-Br>R-Cl 其沸点也高于同碳烷烃。 (2)溶解度: 所有的卤代烃均不溶于水,溶于醇、醚、烴等 有机溶剂。 (3)密度: RF、RCl < 1;
RBr、RI、Ar-X > 1 卤原子增加,密度增大
δ δ HO … C … Br
H
H HO C H H
+ Br
HH 过渡态
其反应过程中的轨道重叠变化如下图所示:
H
HO
C
HH
Br
HO
H C HH
H Br
HO
C
H H
+ Br
SN2 反应成键过程中轨道转变示意图
2)SN2反应的能量变化
SN2反应机理的能量变化可用反应进程 — 位能曲线 图表示如下:
δ δ [ HO …CH3 … Br ] E H CH3OH + Br
故C—X 键比C—H键容易断裂而发生各化学反应, 所以,卤素是卤代烴分子的官能团。 (1)取代反应(亲核取代)
d
+
R£ £X + Nu׺ Ç Ë Ê Ô ¼ Á
d
-
R£ £Nu + Xë È À ¥ » ù Í Å
·Ó ´ ¦ Î ï ×Î µ ï
亲核试剂——带有孤对电子或负电荷,对原子核或正 电荷有亲和力的试剂,用Nu:或Nu-表示。 常见的亲核试剂有:OR-、OH-、CN-、NH3、H2O等。
ROH + HX £
OH-
H2O + X-
在H2O或H2O/OH-中进行,得醇。
反应活性:RI>RBr>RCl>RF(难) 加碱的原因:①亲核性:OH->H2O;
②OH-可中和反应生成的HX。
(B)与氰化钠作用
RCH2X + NaCN
10卤代烃

RCH2CN + NaX 腈
生成的腈可以发生水解和还原,例:
9.1.1 卤代烷的命名
(1)普通命名法或俗名( 称为卤代某烃或某基卤)
(2)系统命名法—把卤素当成取代基
9.1.2 卤代烷的制备 (1)烃的卤化(参见烷烃、烯烃、芳烃)
(2)不饱和烃的加成(参见烯烃、炔烃)
(3)由醇制备(参见醇)
9.1.3 卤代烷的物理性质
(1) 沸点和熔点:
一元卤代烷在室温下除CH3Cl、CH3CH2Cl、CH3Br
9.1.4卤烷的化学性质
卤代烃的化学性质活泼,且主要发生在C—X上。 原因: δ+ δA:分子中C—X 键为极性共价键,碳带部分正电荷, 易受带正电荷或孤电子对的试剂的进攻 卤烷 CH3CH2-Cl CH3CH2-Br CH3CH2-I 偶极矩 2.05D 2.03D 1.91D B:分子中C—X 键的键能(C—F除外)都比C—H小。 化学键 C—H C—Cl C—Br C—I 键能KJ/mol 414 339 285 218
(3)与金属的反应 卤代烃能与某些金属发生反应,生成有机金属化合 物(金属原子直接与碳原子相连接的化合物)。 与镁反应
RX + Mg
绝对乙醚
R MgX
格氏试剂,Grignard reagent
d- d+
绝对乙醚——无水、无乙醇的乙醚。
格氏试剂的结构目前还不十分清楚,一般认为它是 溶剂化的:
C2H5 C2H5
分子中卤原子的活性次序应为: 烯丙式﹥孤立式(叔卤代烃)﹥孤立式(仲氯代烃) ﹥孤立式(伯卤代烃)﹥卤甲烷﹥乙烯式
反应实例:
CH2=CHCH2Cl + NaOH CH2=CH-Cl + NaOH H2O H2O CH2=CHCH2OH + NaOH (不反应) (易进行)
R-CH-CH2 + NaOH H X

R-CH=CH2 + NaX + H2O
H X 醇 R-C-CH + 2KOH R-C 加热 H X
CH + 2KX + 2H 2O
反应活性:叔卤烷>仲卤烷>伯卤烷。
消除方向----查依采夫规则
脱去含氢较少的碳上的氢原子。
例: ' CH3-CH-CH-CH 2
丙酰胺
H 2O
O C NH2
OH-
CH3CH2
CH3CH2CN
H2 Ni
CH3CH2CH2NH2 O
H 2O
H+
CH3CH2 C OH
丙酸
(C)与氨作用 RX + NH3(过量)
(D)与醇钠(RONa)反应
RNH2 + NH4X
过量的NH3可防止产物RNH2进一步与RX反应
' R-X + RONa
R
O
Mg
X
O
C2H5 C2H5
用四氢呋喃(THF,b.p 66℃)代替乙醚 (b.p34℃ ),可使许多不活泼的乙烯型卤代烃 制成格氏试剂:
Br + Mg THF MgBr
O £à £ Furan O £££à £ Tetrahydrofuran
格式试剂的反应 1)与含活泼氢的化合物作用
d
+
H-OH
第一步:
CH3
CH 3 C Br CH 3

δ δ CH3 C …… Br
CH 2 CH 3
CH3
CH 3 C CH 3
+
Br
-
过渡态(1)
第二步:
CH3
CH 3 C CH 3
+ OH
-

CH 2
δ CH3 C …… OH CH 3
δ
CH3
CH 3 C OH CH 3
2) 过渡态(
反应的第一步是卤代烃电离生成活性中间体碳正 离子,碳正离子再与硷进行第二步反应生成产物。故 SN1反应中有活性中间体——碳正离子生成。 速度慢的第一步反应是决定速度步骤 单分子反应历程:决定反应速度步骤中,发生共价键 变化的只有一种分子。
KOH 乙醇
CH3CH=CHCH3 + CH3CH2CH=CH2
81% 19%
Br H CH3 CH3CH2-C-CH3 Br
注意: RCH2CH2X
H
KOH Ò ´ ¼
CH3 CH3CH=C(CH3)2 + CH3CH2-C=CH2
71% 29%
NaOH/H2O NaOH/C2H5OH
RCH2CH2OH RCH=CH2
加热沉淀
CH3(CH 2)3Br CH3CH2CH(Br)CH 3 (CH 3来自百度文库3CBr
加热出现AgBr
AgNO 3/醇
片刻出现AgBr 立刻出现AgBr
(2) 消除反应
消除反应——反应中失去一个小分子(如H2O、 NH3、HX等)的反应叫消除反应,用E)表示。 (A) 脱卤化氢 由于-X的-I效应,R-X的β-H有微弱酸性, 在NaOH/醇中可消去HX,得烯烃或炔烃:
-
RCH2OH + ]
Br
-
V = K[ RCH2Br ] [ OH
因为RCH2Br的水解速率与RCH2Br和OH -的浓度有 关,所以叫做双分子亲核取代反应(SN2反应)。
1).反应机理
一步完成(新键的形成和旧键的断裂同步进行), 无中间体生成,经过一个不稳定的“过渡态”。
H
HO +
H H
C
Br
卤烷的水解反应和脱去HX的反应都是在碱性条件下进 行的,它们常常同时进行,相互竞争。竞争优势取决于 RX的结构和反应条件。
(B) 脱卤素
-C-C- + Zn X X
Ò ´ ¼
C£ £C
+ ZnX2
-C-CI I
Ò ´ ¼
C£ £C
+ I2
(Ë « ¼ ü Ä Ñ ¼ Ó µ â µ Ä Ô ­ ò Ò )
OHR'OR'COOR X X
-
R-OH R-OR' R-OCOR' R-NR'3X R-C N R-SH R-C CR'
+
-
醇 醚 酯 铵盐 腈 硫醇 炔
R'3N
2o )
( R=Me, ( X=Cl, Br, I )
1oor
CNSHR'C C-
(A)
水解
RX + H2O
É Ä ¿ æ · ´ Ó ¦
Br
溴 (代 ) 苯
H2C CH
Cl
氯(代)乙烯
结构复杂的用系统命名法。对卤代烯烃,编号
时,从靠近双键的一端开始,将卤原子看作取代基,
命名时以烯为母体;对卤代芳烃,则以苯为母体,将
卤原子看作取代基。例:
H2C CH CH2 Br CH3 CH
CH3 C
Cl
CH2 CH CH3
3-溴-1-丙烯
CH3
2) SN1反应的能量变化
(CH3)3C…Br OH (CH3)3C …
位 能
(CH3)3C-Br + HO
-
( CH3 ) 3C
(CH3)3C-OH
反应进程
(B)双分子亲核取代反应(SN2反应)
实验证明:伯卤代烷的水解反应为SN2历程。
RCH2Br + OH V = 水解速度 K = 水解常数
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