大学有机化学 卤代烃

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第六章 卤代烃
第二节 卤代烃的物理性质
第二节 卤代烃的物理性质
1. 形态:bp、mp比相应的烷烃高 。
2. 溶解性:不溶于水,能与烃混溶,并能溶解 许多非极性及弱极性有机物。 3. 密度: R-Cl < R-Br < R-I。多氯代烃、溴代 烃和碘代烃比重大于1。 4. 许多卤代烃有强烈气味。 卤代烃蒸气有毒。 5. 焰色反应:卤代烃在铜丝上灼烧时,产生绿 色火焰,这是鉴定含卤素有机物的简便方法。
SN2反应活性
CH3X
>
1o RX
>
2o RX
>
3o RX
叔卤代烷一般不按SN2机制进行。
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
对SN1的影响:烷基的供电子效应及C—H σ-p 超共轭效应有利于稳定碳正离子中间体。有利于稳 定正碳离子的因素就有利于SN1(电子效应)。
CH3CH
CHCH2Cl
2-氯丙烯 2-Chloropropene
1-氯-2-丁烯 1-Chloro-2-butene
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H3C
I
5-甲基-1-碘环己烯 卤代芳烃的命名:以芳烃作母体
CH3 Br
邻溴甲苯(2-溴甲苯)
卤素取代侧链时,以链烃作母体,卤素和芳烃都作基:
—CH-CH2CHCl2 CH3
H3C
CH CH3
CH2Br
2-甲基-1-溴丙烷 1-Bromo-2-methylpropane
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第六章 卤代烃
第一节 分类和命名 (二、命名)
CH3CH2
CH CH3
CH2
CH Cl
CH2CH3
3-甲基-5-氯庚烷 (3-Chloro-5-methylheptane)
H2C
C Cl
CH3
(CH3)3C Br 慢
+ -
(CH3)3C
+
Br
-
(CH3)3C+ + Br叔丁基正碳离子
过渡态A
(CH3)3C+ + OH-

(CH3)3C OH 过渡态B
(CH3)3C OH
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
CH3
HO-
CH3
OH
CH3 CH3 CH3 Br -Br
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
SN2反应机制的实例:
A. HO- + C H 2 5
H Br
H
+ Br C2H5
HO
CH3
R-2-Bromobutane
B. CH3 H
S-Butanol, 100% inverted configuration
CH3
CH3 + :OH- —>
HBr
C HBr Br C H 22 55 H5 NH22 __ C2 2H 5NH HBr HBr
C C2 H (C H )NH (C H _ 52 2NH _ H 22 5)
+ + CC H5 Br Br C2C H Br H Br - 2 2H 5 5 5 2 )2NH (C H )5 N (C H ) N (C H ) NBr (C H )4NBr _ 2 5 3 5) 2NH _ HBr 2 3 2 5 4 2 5 HBr
(二)亲核取代反应机制
:Nu- + RCH2
亲核试剂 底物

X

RCH2Nu + :X离去基
反应中, 亲核试剂 :Nu(-) (通常为含孤对电子的试剂 如 :NH3,或带负电荷的试剂如OH-、CN-、RO-) 进攻卤 烷分子中带部分正电荷的碳原子, 生成取代产物。由亲 核试剂对显正电性的碳原子进攻而引起的取代反应, 称 为亲核取代反应(nucleophilic substitution), 以SN表示。
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
卤代烷的水解存在两种反应机制。一些卤代烷(如叔丁基 溴)的水解反应速率仅取决于卤代烷的浓度, 即决定反应速率 的反应是单分子反应,称单分子反应机制, 以 SN1 表示;
CH3 CH3C Br + OHCH3
CH3 CH3C OH + Br- = k [(CH3)3CBr] CH3
SLOW
过渡态
C—X 键 部分断裂
Br fastHO

HO-
Br
HO

亲核试剂从远离Br 的一边进攻底物
中心碳 构型转化
SN2历程的特点: (1) 反应一步完成,属于协同反应; (2) 反应速率 ν = k[CH3X][OH-], 为二级反应; (3) 构型转化 (Valden inversion).
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
5. 被硝酸根取代 —— 推测卤代烃的类型
卤烃与AgNO3的醇溶液作用,生成硝酸酯和AgX 沉淀:
R X + AgNO3
C2H5OH
R O NO 2 + AgX
活性顺序:RI > RBr > RCl
。 。 。 3 RX > 2 RX >1 RX ( X 原子相同时 )
((thiol) 硫醇)
(卤素交换反应 ) ) CH 3CH 2-I (Halogen interchange
(ether) (醚 )
CH 3CO 2CH 2CH 3 (酯 (ester) )
NH + HCl
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2. H2N-CH2CH2CH2CH2Cl —>
第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
3. 被烃氧基 (-OR) 取代
卤代烷与醇钠(或酚钠)作用, X 被 -OR取代, 生成醚。
R—X + NaOR’——> R—O—R’+ NaX
CH3CH2CH2Br+ NaOCH(CH3)2 CH3CH2CH2OCH(CH3)2
丙基异丙基醚 (Isopropyl propyl ether)
第六章 卤代烃
第一节 分类和命名
第二节 卤代烃的物理性质
第三节 卤代烃的化学性质
卤代烷的亲核取代反应及反应机制 卤代烷的消除反应 不饱和卤代烃的取代反应
卤代烃与金属反应
第六章 卤代烃
烃分子中的氢原子被卤素取代而生成的 化合物称卤代烃。卤原子(F、Cl、Br、I) 是卤代烃的官能团。 卤代烃的结构通式: R—X
SN1反应速度:叔卤代烃 > 仲卤代烃 > 伯卤代烃
CH3 CH3 CH3-C-X > CH3-CH-X > CH3CH2-X > CH3-X CH3
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
(2) 亲核试剂亲核能力的影响
亲核试剂对SN1机制影响不大。 亲核试剂的亲核性越强,体积越小,则SN2反应 速率越快。
+ NaX
C2H5 Br + NaOH(aq)
C2H5 OH + NaBr
此反应常用于将-OH引入一些较复杂的分子中, 因为有时直接引入-OH 比直接引入 –X 更为困难。
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
2. 被氰基 (-CN) 取代
卤代烷与NaCN或KCN的醇溶液共热, - X 被 -CN取代,生成腈。
而另一些卤代烷(如溴甲烷)的水解反应速率不仅取 决于卤代烷的浓度,还与碱的浓度有关,决定反应速率的 反应是双分子反应,称双分子反应机制,用SN2表示。
CH3 Br + OH-
CH3 OH + Br- = k [CH3Br][OH-]
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取wk.baidu.com)
C2H5Cl
(CH3)3CBr
叔丁基溴
CH2=CHCl
乙基氯(氯乙烷)
乙烯基氯(氯乙烯)
CH2Cl
氯化苄(苄基氯) benzyl chloride
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第六章 卤代烃
第一节 分类和命名 (二、命名)
(二) 系统命名
①选母体:烃作母体, X作为取代基来命名。 ②选择主链:连有卤素在内的最长的碳链。 编号:根据最低序列原则将主链编号。
BrCH2CH2CH2Br+ 2 NaCN
EtOH/H2O
NCCH2CH2CH2CN+2 NaBr
H3O+
H2NCH2CH2CH2CH2CH2NH2
HO2CCH2CH2CH2CO2H
戊二酸 (Pentanedioic acid)
通过这个反应,分子中增加了碳原子。且腈 中的-CN可转变成其它官能团。
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CH3 C + CH3
CH3 构型保持产物
CH3
CH3
HO
CH3 CH3
构型翻转产物
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
SN1历程的特点: (1) 反应分两步进行
(2) 在反应中有活性中间体——碳正 离子生成;有可能发生重排反应
(3) 为1级反应 ν=k[R—X] (4) 构型外消旋化
这是制备混合醚的方法,叫Williamson 醚合成法。伯卤烷效果 最好, 仲卤烷效果较差, 叔卤烷不能用 (易发生消除生成烯烃)。
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
4. 被氨基取代 卤代烷与氨作用,生成胺。
C H C H55Br+NH Br+NH 3 22
_ HBr
由于RX性质一般较活泼,能发生多种化
学反应而转变成各种其它类型的化合物,所 以卤代烃在有机合成中占有很重要的地位。
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第六章 卤代烃
第一节 分类和命名 (一、分类)
第一节 分类和命名
一、分类
乙烯型 RCH=CH-X
卤代烷烃 卤代烯烃 卤代芳烃
苯型 苄型 Ar-X ArCH2-X
烯丙型 RCH=CHCH2-X 孤立型 RCH=CH(CH2)nX (n≥2)
一卤代烃 二卤代烃 多卤代烃 氟代烃 氯代烃 溴卤烃 碘代烃
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孤立型 Ar(CH2)n X (n≥2)
R—X
伯卤代烃: CH3CH2—X 仲卤代烃:(CH3)2CH—X 叔卤代烃: (CH3)3C—X 上页
第六章 卤代烃
第一节 分类和命名 (二、命名)
二、命名
(一) 习惯命名法:“卤某烃” 或 “某烃基 卤”。
3-苯基-1,1-二氯丁烷
有些卤代烃用习惯名称。例如:三氯甲烷 CHCl3 称为氯仿;三碘甲烷 CHI3 称为碘仿。
第六章 卤代烃
第一节 分类和命名 (二、命名)
课堂练习: 命名下列化合物并按伯仲叔分类
CH3CHCH2CHCH3 CH3
ICH2 H
Cl
CH3
C=C CH2CH2CH2CH3
Cl CH2CH3
OH + Br-
H
Br
H
H Only product
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
2.SN1 机制
叔卤代烷在碱性溶液中的水解是按单分子机制进行的。
(CH3)3C Br + OH
-
(CH3)3C OH
+ Br-
= k [(CH3)3CBr]
反应按以下两步进行,在动力学上属一级反应。
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R X
NaOR' HNH2
卤代烷反应活性: RI > RBr > RCl > RF
第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
1. 被羟基 (-OH) 取代
卤代烃与 NaOH 或 KOH 的水溶液共热,X 被-OH取代,产物为醇。这个反应也叫水解。
R X
+ NaOH(水溶液)
R OH
根据生成沉淀卤化银的速率, 可鉴别不 同类型的卤代烃。
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
问题: 完成下列反应
HC≡CNa Na HS 1. CH3CH2-Br — Na I ONa CH3CO2Na
CH 3CH 2C ≡ CH CH 3CH 2-SH CH 3CH 2O
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第六章 卤代烃
第二节 卤代烃的化学性质
第三节 卤代烃的化学性质
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
一、卤代烷的亲核取代反应及反应机制
(一)亲核取代反应(乙烯型和苯型的卤代烃难以被取代)
Nu:- + R-X
NaOH/H2O NaCN/醇
R-Nu + X:ROH(醇类) + NaX RCN(腈类) + NaX ROR'(醚类)+ NaX RNH2(胺类)+ HX
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
3. 影响亲核取代反应机制的因素 (1) 底物卤代烃的结构 (2) 亲核试剂的亲核能力 (3) 离去基的离去能力 (4) 溶剂效应
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
(1) 卤代烃结构的影响
对SN2的影响:与X相连的C上连接的基团体积 越小,越易进行SN2反应(立体效应)。
1.SN2 机制
溴甲烷在碱性溶液中的水解速率不仅与卤烷的浓度[CH3Br] 成正比,也与碱的浓度[OH-]成正比,动力学上为二级反应。
CH3OH CH3Br + OH = k[CH3Br][OH-]
+ Br-
过渡态
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第六章 卤代烃
第二节 化学性质 (一、亲核取代)
C—O 键 部分形成
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