第九章 卤代烃

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第九章 卤代烃卤代烃

第九章 卤代烃卤代烃
(1)取代反应 •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:或Nu表示。
•亲核取代反应 —— 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。可用通式: δ + δ-
Nu- + R—X
• 伯醇制氯烷, 一般用PCl5
3 ROH + PCl3 ROH + PCl5
P(OR)3 + 3HX RCl + POCl3 + HCl
(C) 醇与亚硫酰氯(SOCl2,又名氯化亚砜)作用
(无重排)
ROH + SOCl2 RCl + SO2 + HCl
• 优点:速度快,产率高(90%),副产物为气体,易分离。 • 溴化亚砜不稳定难于得到。 • 此反应只是实验室和工业上制备氯烷的方法。
• 卤烷不溶于水,而溶于醇、醚、烃等有机溶剂中。 • 纯净的一元卤烷都是无色的。但碘烷易分解产生游 离碘,故碘烷久置后逐渐变为红棕色。 • 不少卤烷带有香味,但其蒸汽有毒,特别是碘烷, 应防止吸入。 • 卤烷在铜丝上燃烧时能产生绿色火焰,可鉴别卤素 的简便方法。
卤烷的红外光谱
• C—X键的伸缩振动吸收频率随卤素原子量的增加 而减少:
• 孚兹 (Würtz)-菲蒂希反应--制备芳烃:
例如:
注意:该方法无重排。(对比傅克烷基化反应)
(B)与镁作用 —一卤代烷与金属镁在绝对乙醚(无水、无醇的乙醚) 中作用生成有机镁化合物—— 格利雅(Grignard)试剂
RX + Mg 绝对乙醚 R-Mg-X
有机化学三大著名的反应:
(1)傅-克反应; (2)格利雅试剂的反应;

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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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。

(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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4
RMgX + H2O O2 CO2
RH + MgXOH RO-Mg+X RCOO-Mg+X
ROH RCOOH 增加一个碳
格氏试剂能与许多含活泼氢的物质反应,如水、卤化氢、 醇、醛、胺、羧酸等物质。
H OR
RH + Mg(OR)X
δR
δ+ Mg
X
无水乙醚
H OH
RH + Mg(OH)X H NH2 RH + Mg(NH2)X
d. 氰解
碳链增加一个碳的方法
R X + Na CN
R CN + NaX
例:
C2H5Br
+
EtOH NaCN
C 2H 5C N
+
NaBr
丙腈
e. 酸解 R'COO-Na+ + R X
R'COOR + X-
f. 同炔化钠反应 R'C C-Na+ + R X
R'C CR + NaX
上述反应,所用的原料必须是伯卤。 不活泼的乙烯型卤代烃一般都不发生以上各反应。
R1
C Br R2
R3
R1
C a R2 R3 b
HO
R1
R1
HO C
+
C OH
R2 R3
R2 R3
a 构型转化
b 构型保持
多 外消旋体 少
2) 双分子亲核取代历程(SN2)
CH3Br + OH- → CH3OH+Br 动力学特征: υ = k [ CH3Br ] [ OH- ] 研究发现, SN2反应是一步完成的.
CH3 CH2 CHCH2CHCHCH3
Br
KOH 乙醇
CH3 CH2 CHCH CHCHCH3
扎依采夫规则的本质:生成最稳定的烯烃产物
大多数情况下,卤烷的消除反应常和取代反应同时进 行,而且相互竞争。
¾ 脱 X2(了解)
邻二卤化物在锌粉存在下,还可以脱卤素生成烯烃。
CC XX
乙醇 + Zn
C C + ZnX2
质子性极性溶剂
极性很强,含-OH,-NH2等基团 如: H2O, ROH, NH3 等 非质子性极性溶剂
极性很强,但不含-OH,-NH2等基团
如: Dimethylformamide
O
CH3
HCN
( DMF )
CH3
Dimethylsulfoxide (DMSO)等
O
S
H3C
CH3
非极性溶剂(弱极性溶剂) 苯、四氯化碳、环己烷、石油醚等等。
3
2. 卤代烃的消除反应(E)
¾ 脱 HX 强碱
βα
CH3CH2CHCH2
KOH/C2H5OH
HX
CH3CH2CH
CH2 + KX + H2O
βα
CH3 CH CH CH2 KOH/C2H5OH CH3CH CHCH3 2-丁烯 81% H Br Hβ
反应的区域选择性
仲卤代烷和叔卤代烷脱HX时,主要从含氢较少的β -碳 原子上脱去氢原子,这一经验称为扎依采夫规则(Saytzeff)。
亲核取代与消除反应的竞争
RX + NaOC2H5 C2H5OH ROC2H5 + 烯
反应物
取代产物 (%) 消除产物(%)
CH3CH2Br
99
1
CH3CH2CH2Br
91
9
(CH3) 2CHBr
20
80
(CH3) 3CBr
3
97
伯卤主要发生取代反应。 叔卤主要发生消除反应(在水/加热条件下,主要为取代) 无论什么卤代烃在NaOH/醇条件下都主要生成消除产物。
氨 解
用 于 鉴 别
AgNO3
2
a. 水解 活泼的卤代烃同水共热,生成醇
HOH + (CH3)3CBr
(CH3)3COH + HBr
HOH + CH3CH2Br
CH3CH2OH + HBr
HO- + R X
ROH + X-
例: C2H5Cl + NaOH H2O C2H5OH + NaCl
b. 醇解 R X + Na OR' ROH R OR' + NaX
RCH2CH2Br
反马氏产物
X2 RCHXCH2X
HX RC CH
HX RC CH2
X
X RC CH3
X
¾ α-卤代
CH3CH CH2
CH3
Cl2 NBS
CH2CH CH2 Cl
CH2CH CH2 Br
或光照(hv)
Cl2
CH2Cl
或光照(hv)
NBS
CH2Br
¾ 苯环上的取代
CH3 + X2 Fe ¾ 由醇制备
2) 合成(Synthesis) RCH2Cl + H2O → RCH2OH + HCl RCH2Cl + I- → RCH2I + ClRCH2I + H2O → RCH2OH + HI
练习 书P210 8(4)
8
c. 亲核试剂的影响
SN1
SN2
对SN1没影响
亲核试剂的活性:
1)进攻原子相同时:
立体化学特征: 构型反转(瓦尔登反转)
SN1和SN2历程同时并存,相互竞争 SN1增加
CH3-X RCH2-X R2CH-X R3C-X
SN2增加
3) 影响亲核取代反应机理及反应活性的因素
a. 烃基的影响:主要通过电子效应和空间效应影响 亲核取代反应的活性
SN1历程反应的活性次序:
叔卤代烃>仲卤代烃>伯卤代烃>卤代甲烷
CH3
CH3
X+
X
HX RX
ROH
PBr3 RX + H3PO3 SOCl2
RX + HCl + SO2
2)卤代烃的化学性质
卤代烃的化学反应主要发生在官能团卤原子以及受卤 原子影响而比较活泼的β-H原子上。
R
CH
δ+ CH2
H
Xδ-
取代反应 消除反应
卤代烃反应活性一般规律:
1. C-X键断裂决定于键的极性和可极化度。 断裂难易顺序(即卤代烃活性顺序):I > Br > Cl
SN1
Rate-determined step
碳正离子
5
SN1反应机理的特点:
反应分两步进行; 反应速率只与反应物浓度有关; 有碳正离子中间体生成,易重排。
SN1历程反应的活性次序: 叔卤代烃>仲卤代烃>伯卤代烃>卤代甲烷
SN1立体化学:生成几乎等量的一对对映异构体。
SN1反应动画
立体化学
Experimental Result
(CH3)3CI
三级卤代烷 (叔卤代烃)
2) 卤代烃的命名
¾ 习惯命名法
习惯命名法是根据卤原子所连的烃基的名称将其命名 为“某烃基卤”或“卤(代)某烷”。
CH3Cl CH3CH2Br 甲基氯 乙基溴
C(CH3)3Cl 叔丁基氯
Br 环己基溴
¾ 系统命名法
系统命名法是把卤代烃看作烃的卤素衍生物,即以烃 为母体,卤原子只作为取代基。因此,其命名原则与相应 烃的原则相同。
练习
I CH3 CH3 CH3 C X CH3 CH3 CH3 C X CH3
CH CNa CH3
CNH2O
CH2 CH3 C
CH3
CH3 CH3 C OH
CH3
3. 卤代烃与金属反应 ¾ 与金属钠反应(了解)
RX + 2Na
偶联 RNa + RX
NaX + RNa 烷基钠
R-R + NaX 武兹反应(Wurtz)
1) 卤代烃的分类
¾ 按烃基的结构分类
CH3CH2X 卤代烷
CH2=CHCH2X 卤代烯烃
X
CH2X
卤代芳烃
¾ 按卤素数目分类
CH3CH2Br
一卤代烃
ClCH2CH2Cl CH2Br2
二卤代烃
¾ 按卤素连接的碳原子分类
(CH3)2CHCH2Cl
一级卤代烷 (伯卤代烃)
CH3CH2CHClCH3
二级卤代烷 (仲卤代烃)
SN2 历程反应的活性次序:
卤代甲烷>伯卤代烃>仲卤代烃>叔卤代烃
7
SN1
SN2
• 电子效应(超共轭效应) • 空间效应(空助效应)
练习:按SN1活性排列顺序 CH2Cl CH2Cl CH2Cl CH2Cl CH2Cl
OCH3
Cl
CH3
NO2
书P210 6
b. 离去基团的影响
离去基团的离去能力越强,反应越易进行。碱性越强 越不易离去。
9
SN1
极性溶剂极性增大 对反应有利
在SN1反应中, 从反应物至碳正 离子的变化过程 中,正负电荷集 中,使体系极性 增加,所以极性 溶剂有利于稳定 它们的过渡态, 使反应速度加快
合成混合醚的重要方法,称为Williamson合成法。
例: CH3Br + CH3
CH3 C ONa CH3
CH3
CH3 C OCH3 + NaBr CH3
c. 氨解
R X + H NH2
R N H 2 + N H 4X
例: C4H9Br + 2 NH3
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