卤代烃(第九章)

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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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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
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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 9-1

第九章 卤代烃 9-1

2. 与PX3反应( X = Cl、Br、I )
3R-OH + PCl3 3CH3CH2OH + I2 2P + 3I2
P
3R-Cl + P(OH)3
亚磷酸
3CH3CH2I + P(OH)3
2 PI3
3. 与亚硫酰氯作用
R-OH + SOCl2 R-Cl + SO2↑ + HCl↑
四、氯甲基化(柏朗克反应)
§ 9.11 多卤代烃简介
§ 9.12 氟代烃简介
卤代烃是烃分子中一个或多个氢原子被子卤素(F、Cl、
Br、I)取代的衍生物,它在自然界中存在极少,绝大多数 是人工合成的。
比比皆是的聚氯乙烯制品,千家万户使用的冰箱中的致
冷剂、防火必备的四氯化碳灭火剂等到,都是卤代烃。 卤代烃也是实验室中最常用的有机化合物,它经常起着 从一种化合物变成另一种化合物的桥梁作用,是有机合成中 经常用到的化合物。 人们在使用卤代烃的同时,也带来了严重的污染问题, 六六六被禁用,DDT被取缔。近年来,科学家证明臭氧层 空洞的形成与使用氟氯烃有关。
β-溴萘
§ 9.3
一、以烃为原料
烷烃直接卤代
卤代烃的制法
此法简单,但副产物多,得不到纯净物。 R-H + Cl2
光照
R-Cl + HCl
光照
CH3-CH-CH3 Cl 烷烃的溴代反应的选择性比氯代要好。
CH3-CH2-CH3 + Br2 hν CH3CH2CH2Br + CH3-CH-CH3 127℃ Br 丙烷 3% 97 %
卤代烷分子尽管有极性,但不溶于水,能溶于醇、醚等到 有机溶剂。 卤代烷有令人不愉快的气味,其蒸气有毒,尤其是碘代烃 毒性较大。

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。
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生成(D), 将 C 臭氧水还原水解可得 OHCCH2CH2CHO 和 OHCCHO. 试推出 A、 B、C、D 的结构式,并写出所有的反应式。
解答:
A
Br
B
C
D
CHO
21.溴化苄与水在甲酸溶液中反应生成苯甲醇,速率与[H2O]无关,在同样条件 下对甲基苯基溴与水的反应速率是前者的 58 倍。苄基溴与 C2H5O-在无水乙醇 中反应生成苄基乙基醚,速率取决[RBr] [C2H5O-],同样条件下对甲基苄基溴的反 应速率仅是前者的 1.5 倍,相差无几。为什么会有这些结果?试说明(1)溶剂 极性,(2)试剂的亲核能力,(3)电子效应(推电子取代基的影响)对上述反 应会产生何种影响。
15. 解释以下结果: 已知 3-溴-1-戊烯与 C2H5ONa 在乙醇中的反应速率取决于[RBr]和[C2H5O-], 产物是 3-已氧基-1-戊烯;但是当它与 C2H5OH 反应时,反应速率只与[RBr] 有关,除了产生 3-已氧基-1-戊烯,还生成 1-乙氧基-2-戊烯。 解答: 由于 C2H5O-为强亲核试剂,它与 3-溴-1-戊烯的反应为 SN2 反应,所以 产物为 3-乙氧基-1-戊烯,而 C2H5OH 为弱亲核试剂,它与 3-溴-1-戊烯
3. 写出下列有机物的构造式,有“*”的写出结构式:
(1). 4-chloro-2-methylpentane (2). *cis-3-bromo-1-ethylcyclohexane
(3) *(R)-2-bromooctane
(4). 5- chloro-3-propyl-1,3-heptadien-6-yne
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(3). 第二个反应快。因为反应主要按照 SN2 历程进行,SH- 亲核性比 OH- 强; (4). 第二个反应快。因为 I- 相对于 Cl- ,是一个更好的离去基团.
生成物再用 KOH-乙醇处理得(C), (C)可与 CH2=CHCHO 进行狄尔斯-阿尔德反应
11
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10. 指出下列各对亲核反应中,哪一个反应较快?并说明理由。
解答: (1). 第二个反应快。因为反应主要按照 SN2 历程进行,前者 β-C 位阻较 大,不利于反应进行; (2). 第一个反应快。因为反应主要按照 SN1 历程进行,三级卤代烷>二 级卤代烷;
6
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(1).
(2).
(3).
CH2
(4).
解答:
9. 卤代烷和氢氧化钠在水与乙醇混合物中进行反应,下列反应情况中那些属于
SN1 历程,那些则属于 SN2 历程? (1). 一级卤代烷速率大于三级卤代烷;
(2). 碱的浓度增加,反应速率无明显变化;
(3). 二步反应,第一步反是决定速率的步骤;
Байду номын сангаас
(4). 增加溶剂的含水量,反应速率明显加快;
Br
Br
Cl
Br
(4). H H CC
H3C
Br
(5).
Br
Cl
解答:
(1). 2,2,4-三甲基-4-溴戊烷
(2). 2-甲基-4-氯-2-溴己烷
(3). 2-溴-1-己烯-4-炔
(4). (Z)-1-溴丙烯
(5). 顺-1-氯-3-溴环己烷
2. 写出符合下列名称的构造式: (1). 叔丁基氯; (2). 烯丙基溴; (3). 苄基氯; (4). 对基苄基氯. 解答:
解答: A: CH3CH2CH=CH2; B: CH3CH2C≡CH.
19.某烃 C3H6(A)在低温时生成 C3H6Cl2(B); 在高温时则生成 C3H5Cl (C), 使 C 与碘化乙基镁作用得 C5H10(D), 后者与 NBS 作用生成 C5H9Br(E)。使 E 与氢氧化 钠的酒精溶液共热,主要生成 C5H8(F), 后者又可与丁烯二酸酐发生双烯合成(G), 写出各步反以及由应式,以及由 A 至 G 的构造式。
解答: 溴化苄与水在甲酸溶液中的反应速率与[H2O]无关,说明反应按照
SN1 历程进行,极性溶剂甲酸会稳定中间体碳正离子。溴化苄与水的反 应过程中会生成碳正离子 C6H5CH2+,而对甲基溴化苄与水的反应则会生 成碳正离子 p-CH3C6H5CH2+。 后者由于甲基的供电子效应,导致碳正离 子稳定性增大,所以对甲基溴化苄的反应速率是溴化苄的 58 倍;
8
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的反应为 SN1 反应,生成了烯丙基碳正离子,后者通过共轭而得到 1乙氧基-2-戊烯:
10
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18. 分子式为 C4H8 的化合物(A), 加溴后的产物用 NaOH 乙醇处理生成 C4H6(B), (B)能使溴水推色,并能与 AgNO3 的氨溶液发生沉淀,推出(A)、(B)的结构式并写 出相应的反应式。
解答:
4
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反应速率:(2)>(1)>(3).
8. 哪一种卤代烷脱卤化氢后可产生下列单一的烯烃?
(7). 有重排现象; (8). 增加溶剂含醇量,反应速率加快。
解答: (1). SN2,因为三级卤代烷按照 SN2 反应速率很慢; (2). SN1,因为反应速率与亲核试剂浓度无关; (3). SN1,这是 SN1 的特点; (4). SN1,溶剂极性的增大有利于分散碳正离子上的正电荷; (5). SN1,这是 SN1 的特点; (6). SN2,因为 SN1 反应速率受亲核试剂影响较小; (7). SN1,这是 SN1 的特点; (8). SN2,因为醇的亲核性大于水的。
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第九章 卤代烃
1. 用系统命名法命名下列化合物:
(1). (CH3)2CCH2C(CH3)3 (2). (CH3)2CCH2CH2CHCH3 (3). H3C C C CH2 C CH2
解答:
5. 写出下列反应的产物:
2
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解答:
3
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16. 由指定的原料(其它有机或无机试剂可任选),合成下列化合物。 解答:
9
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17.完成以下制备: (1). 由适当的铜锂试剂制备: ① 2-甲基己烷, ② 2-甲基-1-苯基丁烷, ③ 甲基环己烷; (2). 由溴代正丁烷制备: ① 1-丁醇, ② 2-丁醇. 解答:
解答:
A CH3CH=CH2
B CH3CHClCH2Cl
C ClCH2CH=CH2
D CH3CH2CH2CH=CH2
Br E CH3CH2CHCH=CH2
F CH3CH=CHCH=CH2
CH3 O G
O
O
20.某卤烃 A,分子式 C6H11Br,用 NaOH 乙醇处理得 B(C6H10), B 与溴反应的
苄基溴与 C2H5O-在乙醇溶液中反应时,由于 C2H5O-的亲核性强, 反应按照 SN2 历程进行,所以反应速率与[RBr]及[C2H5O-]都有关。由于 SN2 历程中,过渡态的电荷本身就比较分散,溶剂极性和甲基的推电子 效应对于反应速率的影响不明显,所以两者的反应速率相差不大。
22. 以 RX 与 NaOH 在水-乙醇中的反应为例,就表格中该点对 SN1 和 SN2 反应 进行比较。

(4). 进行 SN1 反应速率: ①


解答: (1). B>C>A (2). D>B>C>A (3). ① A>D>C>B; ② C>B>A. (4). ① B>C>A; ② B>A>C; ③ A>B>C.
7. 写出下列化合物在浓 KOH 醇溶液中脱卤化氢的反应式,并比较反应速率的快 慢。3-溴环己烯; 5-溴-1,3-环己二烯; 溴代环己烷.
解答:
(1).
CH3 Cl
(2).
Et
CH3CHCH2CHCH3
Br
C6H13-n (3). H Br
CH3
1
(4). HC
C
Cl CH
CH
CH
CH2CH2CH3 C CH2
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