第九章 卤代烃

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第九章 卤代烃

第九章 卤代烃

R-O R' + NaX 醚
R-X一般为一级卤代烃(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)。
氨解
R-X + NH3(过量)
与炔钠反应
R-NH2 + NH4X
CH3 H3C C C Na + (CH3)2CHCH2I H3C C C CH2CH CH3
腈解
RCH2X + NaCN
C2H5 C2H5
R O Mg O X
C2H5 C2H5
和镁反应活性:R-I > R-Br > R-Cl
*乙烯卤和芳卤不活泼,要制得Grignard试剂,须改变溶 剂,提高温度。
Br
H2C CH Cl
乙醚 + Mg
H2C
MgBr
CH MgCl MgCl 四氢呋喃
+ Mg Cl THF: Tetrahydrofuran
有 机 化 学
第九章 卤代烃
一、分类和命名
二、一卤代烃的性质
三、亲核取代反应历程SN
四、卤代烃的制备
五、重要的卤代烃
一、分类和命名
卤代烃是烃分子中一个或多个氢原子被卤原子 代而生成的化合物。一般用R-X表示, 1、分类
按分子中所含卤原子的数目,分为一卤代烃和多卤代烃。 按分子中卤原子所连烃基类型,分为: 卤代烷烃 R-CH2-X 卤代烯烃 R-CH=CH-X 乙烯式 R-CH=CH-CH2-X 烯丙式 R-CH=CH(CH2)n-X≥2 孤立式
(CH3CH2CH-)2CuLi CH3
CH3(CH2)3CH2Br
CH3CH2CHCH2CH2CH2CH2CH3 CH3 3- 甲基辛烷 84%

09第09章_卤代烃

09第09章_卤代烃

sp3
构型反转
此图取自于K.彼得C.福尔特等著《有机化学结构与功能》,化学工业出版社, 2006
总目录
特点:
① 反应过程:
反应物→过渡态→产物 一步协同反应,即旧键 的断裂和新键的形成是同 时进行的,反应过程形成 过渡态。
② 结构变化:
CSP3 →CSP2 →CSP3
③ 立体化学:构型反转
④ 能量变化(右图)
第九章 卤代烃
(halogenated hydrocarbon )
第一节 卤代烃的分类、命名及同分异构现象 一、分类 二、命名 第二节 一卤代烃 一、物理性质 二、光谱性质 三、结构特点 四、化学性质 第三节 亲核取代反应历程 一、SN2和SN1反应历程 二、SN2和SN1的立体化学 三、影响亲核取代反应速率的因素 第四节 一卤代烯烃和一卤代芳烃 一、分类 二、结构特点 三、反应活性 第五节 卤代烃的制备 第六节 重要的卤代烃 第七节 有机氟化物
第四节 一卤代烯烃和一卤代芳烃
一、分类

乙烯式:RCH=CHX,ArX 烯丙式:RCH=CHCH2X,ArCH2X 孤立式:RCH=CH(CH2)nX (n≥2)
二、结构特点

乙烯式:p-π共轭使键的强度增大,不易断裂。 烯丙式:因形成C+后存在p-π共轭,故其活性增大。
总目录
三、反应活性
总目录
第二节 一卤代烃
一、物理性质(自学) 二、光谱性质
1. IR:处于指纹区 2. HNMR:X—C—H δ:3~5
总目录
三、结构特点
卤原子电负性大于碳,使C—X键的电子云偏向 卤原子,为极性键。 C—F
偶极矩 C· m 键长 nm 键能 kJ· mol-1 6.7× 10-30

第九章_卤代烃

第九章_卤代烃
Grignard试剂能与醛、酮、酯等反应,在有机合成 上具有广泛用途。
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37
Grignard试剂的反应及在有机合成中的应用
(1)与活性氢的反应 R'OH H2O
RMgX + H2NH R'C RH
Mg X OR'
Mg X OH
Mg NH2 X
XMgC CR'
+ RH
HX
MgX2
可否用 HC CCH2CH2Br 和 CH3CHCH2CH2CH2Br 制备相应的格氏试剂?
(1) CH3CH CHCH2Cl
(2) CH3CH2CH2CH2Br
(3)
Cl
(4) (CH3)3CCl
(5)
Cl
20(261/)8/2B5 rCH2CH2CH2Cl
12
卤代烷的物理性质:
• 沸点 • 毒性 • 水溶性 • 可燃性 • 分子偶极矩
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电负性:
F Cl
Br
I
C
4.0 3.5 2.8 2.6 2.5
第九章 卤代烃
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1
• 由C H X(Cl、Br、I)组成的烃类化合物称
为卤代烃。单纯卤代烃,天然存在的并不多见,
常见的都是合成产物。Cl
பைடு நூலகம்
• 如 :杀虫剂DDT
Cl CH C Cl
Cl

灭火剂 CCl4
Ci

冷冻剂
CF2Cl2 CFCl3 CF4

聚氯乙烯单体 CH2CHCl

化工产品的重要原料、溶剂 C6H5CH2Cl CH3I CH2Cl2

大学有机化学第九章卤代烃

大学有机化学第九章卤代烃
(CH3)CCl
CH3
+ H 2O NaOH
(CH3)3COH +HCl
CH3
CH3
C
Cl +
CH3 C
CH2 +NaCl + H2O
CH3 CH2 CH2
Cl , Cl
x
几乎不反应

C、由于多数RX由相应的醇制备,因此用此 法制备醇在合成上意义不大。但少数醇可以 用此法。例如:
CH3 Cl2 hv CH2Cl H2O/NaOH ¼ÓÈÈ H2O CH2=CHCH2Cl NaOH CH2OH CH2=CHCH2OH
I. 典型的亲核取代反应
R-ONO2 + AgX
AgONO2 / 乙醇 NaOH / H2O
R-OH 水解
卤素 交换
R-I
NaI/ 丙酮 (X=Cl, Br) NH3
R-X
R’ONa / R’OH
R-OR’ 醇解 R-CN 氰解
NaCN/ 醇
氨解 R-NH2
1. 水解:
R X + H
· ·
OH
H 2O
SN2反应的能量变化曲线
由图可见,在SN2反 应中,新键的形成和旧键 的断裂是同时进行的,是
一个一步完成的反应。
SN2(双分子亲核取代)一步完成
B. SN2反应的立体化学
C6H13
128
C6H13 C
128
C6H13
128
I
+
H C H3
I
I
δ
C
δ
I
I
C
S
H C H3
R
S
CH3
H C H3

第九章 卤代烃

第九章   卤代烃

H C C I
H C C I F
F CH3
(E)-2-氟-1-碘丙烯
Br
Cl
(Z)-1-氟-1-溴-2-碘乙烯
Cl
CH2Cl
CH2OH
Br
1-氯环己烷
苯一氯甲烷
Hale Waihona Puke 3-氯-5-溴苯甲醇9.1.2 卤烷的制法
卤代烃在自然界中是不存在的(多已成盐)。 所以卤烃必须用人工合成的方法来制备。主要有以 下几种方法:
亲核取代反应可用下面反应式表示
Nu
-
+
C
+
X
-
Nu
C
产物
+
X离去基团
亲核试剂
(Nucleophile)
底物
亲核试剂 (Nu):带负电荷的离子或带未共用电子对的中性分子
Nu =
HO-、RO-、-CN、NH
3、-ONO2、ROH、H2O
..
..
底物:反应中接受试剂进攻的物质。 离去基团:带着一对电子离去的分子或负离子。 由亲核试剂进攻引起的取代反应称为亲核取代反应(用SN表示)。
卤代烷与水作用,水解为醇,反应是可逆反应。如:
CH3CH2Br + H2O CH3CH2OH + HBr
一般情况下,反应很慢。为增大反应速率,提高 醇的产率,常加入强碱(NaOH),使生成的HX与 强碱反应,可加速反应并提高了醇的产率。
CH3CH2Br + NaOH CH3CH2OH + NaBr
此反应工业用途不大,因卤烷在工业上是由醇制 取,但可用于有机合成中官能团的转化。用于复杂 分子中引入羟基(先卤代,再水解)。
例如:
在多卤烷的命名中,常用“对称”和“不对称”、 “偏”等字样来命名多卤烷。例如二氯乙烷的两个异 构体:

第九章 卤代烃 [修复的]

第九章 卤代烃 [修复的]

● 复杂的卤代烃用系统命名法(卤素只作取代基,不作母体)
卤代烷烃: 一般选取含卤素的最长碳链为主链
编号一般从离取代基近的一端开始,取代基的列出按“次序规 则”小的基团先列出。
4 3 2 1
CH3CHCHCH3 Br CH3
CH3CH2CHCH2CH3 CH2Br CH3
2-甲基-3-溴丁烷
2-bromo-3-methylbutane
三、同分异构现象
● 卤代烃的同分异构体数目比相应的烃的异构体要多,因为它存 在官能团的位臵异构。例如,一氯丁烃除了碳干异构外,还有 氯原子的位臵异构。
C4H9Cl
CH3CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH2 Cl
Cl
CH3CHCH3 CH3 CH3CHCH2Cl CH3
* CH3CH2CHCH3
1) 水解反应
和NaOH或KOH的水溶液共热,生成相应的醇。
1°加NaOH是为了加快反应的进行,使反应完全。 2°此反应是制备醇的一种方法,但制一般醇无合成价值,可用于制取 引入OH比引入卤素困难的醇。 2)与醇钠(RONa)反应: (Williamson合成法)
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)。
CH3CHCHCH2
H Br H
KOH C2H5OH
CH3CH
CH2CH3
CH3CH2CH CH2
81%
KOH C2H5OH
CH3CH CH3 CCH3
19%
CH3 CH3CH2C CH2
CH3
CH3CHCCH2 H
H Br
71%
29%
消除反应与取代反应在大多数情况下是同时进行的,为竞争 反应,哪种产物占优则与反应物结构和反应的条件有关。

第九章卤代烃

第九章卤代烃
6 7
5,5-二甲基-4-(1-甲基丙基)-2-氯庚烷 仲丁基
7
命名下列化合物
CH33-CH2-CH-CH2-CH-CH22-CH3 CH -CH2-CH-CH2 -CH-CH -CH3 Cl CH33 Cl CH CH33-CH-CH2-CH-CH22-CH3 CH -CH-CH2 -CH-CH -CH3 Cl Cl CH33 CH
• 官能团: 卤素 • 卤原子的电负性大于碳原子, C-X键是极性共价键。与C-C键 或C-H键比较,C-X键在化学过 程中具有更大的可极化度。
• C-X键的键能也比较小: C-I 217.6 kJ/mol; C-Br 284.5 kJ/mol ; C-Cl 338.9 kJ/mol • 因此,卤烷的化学性质比较活泼,反应都发生在C-X键上。 所以,卤素是卤烃分子中的官能团。 17
26
CH3CH2CHCH3 Br
¼ KOH/ ´
CH3CH=CHCH3
+ CH3CH2CH=CH2
81%
CH3CH=C(CH3)2
+
19%
CH3CCH2C=CH2 CH3
CH3 ¼ KOH/ ´ CH3CH2C Br CH3
71% 消除反应与取代反应的比较
29%
(1)二者互为竞争反应,反应底物相同。哪种产物占优 则与反应物结构和反应的条件有关。 (2)反应条件不同:消除反应的条件氢氧化钠醇溶液;取代 反应的条件是氢氧化钠水溶液。
9.1.4.1 亲核取代反应——Nucleophilic Substitution Reaction
在卤烷的取代反应中,卤素易被负离子(如HO-,RO-,NO3等)或具有未共用电子对的分子(如NH3、H2O)取代,这些 试剂叫亲核试剂,常用Nu-表示。由亲核试剂进攻而引起的取 代反应称为亲核取代反应,用SN表示。

(完整word版)第九章卤代烃

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第九章 卤代烃教学要点:1.介绍了卤代烃的分类及同分异构现象、卤代烃的命名、卤代烷的结构和物理性 质、化学性质、制备方法。

2.介绍了一卤代烷的取代反应、消去反应(查依采夫规则)、还原反应。

几种常见 的有机金属化合物。

3.介绍了S N 1和S N 2反应历程、碳正离子的生成、结构、不同结构碳正离子的相对稳定性。

4.一卤代烯烃和一卤代芳烃的分类、物理性质、化学性质、有机氟化合物的特性、有机氟化合物的应用。

本章重点:卤代烷的结构,卤代烷的化学反应,亲核取代反应的机理,一卤代烯烃和一卤代芳烃,卤代烃的制备方法,几种常见的有机金属化合物。

本章难点:卤代烷的化学反应,亲核取代反应的机理。

考核要求:识记:卤代烷的命名,一卤代烷的结构。

领会:亲核取代反应的机理。

综合分析:SN1和SN2反应立体化学及影响因素。

熟练应用:一卤代烷的化学反应,卤代烃的制备方法,几种常见的有机金属化合物。

教学时数:6学时 教学内容:第一节 卤代烃的分类、命名及同分异构现象;第二节 卤代烃;第三节 亲核取代反应历程;第四节 一卤代烯烃和一卤代芳烃;第五节 卤代烃的制法; 第六节 重要的卤代烃;第七节 有机氟化合物;第二十四次课 (第47~48学时)卤代烃可以看作是烃分子中一个或多个氢原子被卤原子取代后所生成的化合物。

卤原子是卤代烃的官能团。

常所说的卤代烃是指氯代烃、溴代烃和碘代烃。

而氟代烃的性质和制法都较为特殊。

一卤代烃的性质比较活泼,能发生多种化学反应转化成各种其他类型的化合物。

所以卤代烃是重要的合成中间产物。

第一节 卤代烃的分类、同分异构和命名一、分类 二、命名 三、同分异构现象一、分类卤代烃氟代烃碘代烃溴代烃氯代烃一卤代烃多卤代烃根据卤代烃分子中所含卤原子的数目:根据卤代烃分子中所含卤原子的种类:根据卤代烃分子中烃基的类型:饱和卤代烃不饱和卤代烃芳香族卤代烃根据和卤原子直接相连的碳原子类型:一级卤代烃(伯卤代烃) R -CH 2-X 10-X 二级卤代烃(仲卤代烃) R 2CH-X 20-X 三级卤代烃(叔卤代烃) R 3C-X 30-X二、命名 1.简单的卤代烃,按卤原子相连的烃基的名称来命名,称为卤代某烃或某基卤。

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C
CH2CH3
C 2H5OH
C2H5OH
CH3 CH3
CH3
C
CH3
CH2
OC2 H5
CH3
C
CH2CH3
OC2H5
Organic Chem
SN1反应特点 1、两步完成 2、反应速度只 与RX有关
SN2反应特点: 1、一步完成 2、反应速度和RX、 亲核 试剂有关系
3、中间体C+
4、产物可能存在 外消旋化
Br H3C CH2 CH CH3 Br H3C CH2 C CH3 CH3
H3CHC CHCH3 +H3CH2CHC CH2 81% 19% CH3 + H3CH2CC CH2 H3CHC C CH3 H3C 71% 29%
Organic Chem
β- 消除:
C X CH
NaOH / 乙醇
Organic Chem
SN1反应的特征-碳正离子的重排
CH3 CH3 EtOH CH3 C CH3 CH3 CH2 Br CH3 C CH3 CH3 C OEt C2H5 CH2 OEt
Organic Chem
CH3 CH3
CH3 CH2 Br
CH3
CH2
C
CH3
C2H5OCH3
C
CH3
CH3
立体化学
n-C6H13 H CH3
HOn-C6H13 H CH3
C
Br
HO
C
n-C6H13 H CH3
C
OH
(R)-2-溴辛烷 []D=-34.6o
(S)-2-辛醇 []D=+9.9o
(R)-2-辛醇 []D=+9.9o
构型翻转 构型翻转:
构型保持
产物和反应物的构型相反(Walden翻转)
Organic Chem
H2O H2SO4
CH3CH2CH2CH2CH3
Organic Chem
B. 与金属钠作用
RX + Na RNa + NaX
RX + RNa
Br + CH3CH2CH2Br
R—R + NaX
孚兹反应
CH2CH2CH3
醚 20℃
孚兹-菲蒂希反应
Organic Chem
3. 亲核取代反应的机理 (1)双分子反应机理 SN2 实验证明:伯卤代烷的水解反应是SN2历程
B. 与氨作用生成胺
RX + NH3
RNH2 + NH4X
Organic Chem
C. 与氢化钠生成腈
RX + NaCN RCN + NaX
•反应后分子中增加一个碳原子,碳链得到增长
•CN-可进一步转化为-COOH,-CONH2
D. 与醇钠作用
RX + R'ONa
ROR' + NaX
Organic Chem
碱性顺序:I- > Br- > Cl- > FOrganic Chem
C. 亲核试剂的影响 对SN1反应影响不大。 对SN2反应试剂的亲核性越强越有利于SN2反应:
试剂的亲核性与试剂的浓度、碱性及试剂的可极化性有关。 CH3CH2Br + CH3CH2ONa
C2H5OH
C2H5OC2H5+NaBr
在乙醇溶液中回流时间仅为几分钟,但没有乙醇钠, 在纯乙醇溶液中回流4昼夜仅有50%反应。
Organic Chem
a. 在亲核原子相同的一组亲核试剂中,亲核性顺序与碱性一致。 碱性越强,亲核性越强。
RO- > HO- > ArO- > RCOO- > ROH > H2O
b. 在同一周期中的各种原子,其亲核性顺序与碱性一致。
b. 按卤素所连碳原子分类: (CH3)2CHCH2Cl CH3CH2CH(Cl)CH3 伯卤代烷 c. 按卤素数目分类 一卤代烃 CH3CH2Br 二卤代烃 ClCH2CH2Cl CH2Br2 三卤代烃 CHF3 CHCl3 CHBr3 CHI3
Organic Chem
(CH3)3CBr
仲卤代烷
Organic Chem
(1)取代反应

R
亲核试剂 Nu
CH2 X
-
R
CH2 Nu + X离去基团
底物
反应是由带负电荷(或孤对电子)的试剂进攻 带正电荷的C原子引起的——亲核取代(SN)
Organic Chem
A. 水解成醇:

RX + NaOH
ROH + NaX
• NaOH可加快反应的进行,使反应完全 • 此反应可用来制醇,但一般是以醇制卤代烷
C C
扎依采夫规则(Zaitsev) β- 消除反应中主要产物为双键上烃基取代最多 的烯烃。
(脱去的是含氢较少的β-碳原子上的氢)
Organic Chem
RCH2CH2X + NaOH
C2H5OH
RCH=CH2 + NaX + H2O
RCH2CHX2 + NaOH
C2H5OH
RC
CH + NaX + H2O
CH3Br + OH-
CH3OH + Br-
反应速度取决于两种反应物浓度的反应,在动力 学上称为二级反应。
υ= k[CH3Br][OH-]
Organic Chem
反应机理:
一步完成(新键的生成和旧键断裂同时进行), 无中间体生成。
δNu δX
Nu- +
C
X
C
过渡态
Nu
Nu C X
C
Organic Chem
反应过程的能量变化:
Organic Chem
为什么亲核ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ剂总是从离去基团的背面进攻中心碳原子?
Sp3
Sp2
Nn:- +
C L
Nu
C
L
p轨道
Nu C + :L-
基团的排斥;过渡态能量;亲核试剂与离去基团的距离。
Organic Chem
(2)单分子亲核取代反应(SN1)
实验证明:叔卤代烷的水解是按照SN1反应历程进行的。
。 。 。 CH3X > 1 RX > 2 RX > 3 RX
Organic Chem
(b). 对SN1反应的影响 SN1的速控步骤:
RX
R+ + X-
生成碳正离子稳定,所需活化能低, SN1反应速率快。
(CH3)3C—Br 相对速度 100 (CH3)2CHBr 45 CH3CH2Br 1.7 CH3—Br 1.0
93 33 1
Organic Chem
Br
H
CH2=CHCH2Cl CH3CH2Cl
CH2=CHCH2Br SN2 过渡态
乙烯型卤化物与芳香型卤化物是否容易发生亲核取代反应, 为什么? p-π 共轭使C-X键具有部分双键的性质
_
CH3CH=CH-Cl
RX + AgONO2 CH2=CHCH2X CH2X ( ) CH2=CH(CH2)n X (n > 2 ) CH2=CH-X X ( )
3、无中间体
4、产物构型翻转 (瓦尔登转化)
Organic Chem
(3). 影响亲核取代的因素:
A. 烷基结构的影响 a).对SN2的影响 过渡态: Nu
δ- δ-
电子因素
C
L
空间因素
例:
R Br + ICH3CH2 1
RI + KBr
(CH3)2CH 0.01 (CH3)3C 0.001
R: CH3 相对速度: 150
(CH3)3CCl
叔丁基氯
Organic Chem
二. 卤代烷
1. 卤代烷的制法 A. 烷烃卤代(略) B. 不饱和烃的加成(略) C. 从醇制备
ROH + HX RX + H2O
C4H9OH + NaBr + H2SO4
C4H9Br + NaHSO4
Organic Chem
醇与氯化磷作用
ROH + PX3 3RX + P(OH)3
常用于制溴烷和碘烷, PBr3,PI3可用卤素与赤磷代替。
醇与SOCl2作用
ROH + SOCl2 RCl + SO2 + HCl
D. 卤素置换
RCl (RBr) + NaI
丙酮
RI + NaCl
Organic Chem
2. 卤代烷的化学性质
-C-X
δ+ δ-
极性共价键
SP3-P
C-X键能比C-H键能小
Cl
β α
+ CH3CH2O Na
CH3 CH2OH
C
C
+ CH3CH2O Na
CH3CH2OH
从分子中脱去一个简单分子生成不饱和键的 反应称为消除反应,用E表示。 常用的强碱有甲醇钠的甲醇溶液,乙醇钠的乙 醇溶液,氢氧化钾的乙醇溶液等。
Organic Chem
不同的卤代烃消去反应的速度不同,叔卤代烷最容 易,仲卤代烷次之,伯卤代烷最难。
C
X
C
X
C
+X
第二步:
C
+ Nu

C
Nu
Organic Chem
立体化学
由于亲核试剂可以从碳正离子两侧进攻,而且机 会相等,因此若与卤素相连的碳是不对称碳,则可以 得到构型保持和构型翻转两种产物(外消旋化) 。
Organic Chem
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