第八章卤代烃

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第八章 卤代烃

第八章 卤代烃

CH3CH
CH CH3
CH2CH3
Cl
3-甲基-2-氯戊烷
陈明
CH3
CH
CH
CH2CH3
CH3 Cl
2-甲基-3-氯戊烷
CH3CH CH2 CH3
CH Br
CH3
2-甲基-4-溴戊烷
陈明
H
Cl H (1S,2S)-1-溴-2-氯环己烷
Br
CH2 CH CH CH3
3-甲基- 4 -氯-1-丁烯
CH2 Cl
1)通式:
Nu + R X
亲核试剂 亲核试剂: 底物
-
Nu R + X
产物
-
离去基团
OH-、CH3O-、HS-、X-、CN- ; H2O、NH3、ROH 等;
陈明
2)常见的亲核取代反应
OHR'OR'COOR X -X
o
R-OH R-OR' R-OCOR' R-NR'3 XR-C N R-SH R-C CR'
极性溶剂有利于 SN1 反应的进行
陈明
要强调的是:SN1 和 SN2 反应均受溶剂的很大影响,但 是它们的作用机制不同。 SN2 在质子性溶剂中是不利的,因为亲核试剂被溶剂化 作用降低了反应活性 SN1 反应却是在质子性溶剂中有利的,因为反应中产生 活泼中间体碳正离子的过渡态能被溶剂化作用稳定,生 成的阳离子和阴离子均可被溶剂化作用稳定。
一、分类和命名
根据所含卤素种类,分为氟代烷、氯代烷、溴代烷及碘代烷;
根据所含卤素原子个数,分为一元、二元、多元卤代烷等;
CH3Cl CH3CH2F CH3CH2I CH3CH2Br 2°) 根据卤素所连接饱和碳原子的类型,又可分为伯( 1°)、仲( CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4

有机化学第8章卤代烃

有机化学第8章卤代烃

在SN2反应中
进攻试剂是从离去基团的背面进攻碳原子的。 进攻试剂是从离去基团的背面进攻碳原子的。 当Nu与碳原子接近时,C-Nu之间的化学键逐渐形成,而C-X之间的 Nu与碳原子接近时,C Nu之间的化学键逐渐形成,而C 化学键逐渐变弱,三者基本在同一直线上,形成了反应的过渡态,中心 碳由sp 转化为sp 碳由sp3转化为sp2杂化状态, Nu继续接近碳原子并与碳原子完全键合,离去基团完全离去,由过渡状 Nu继续接近碳原子并与碳原子完全键合,离去基团完全离去,由过渡状 态变为产物。
1)被羟基取代 加热 R-X + KOH(NaOH,水溶液) KOH(NaOH,水溶液) 2)被烷氧基取代 R-X + R`ONa R-O-R` +NaX R此反应也称为Wiliamson合成反应 合成反应。 此反应也称为Wiliamson合成反应。 3)被NH3取代 R-X + NH3 R-NH2(胺) + HX 胺是有机碱,它与反应生成的HX成盐 成盐, 胺是有机碱,它与反应生成的HX成盐,RNH3+XR-OH + KX
查依采夫规律
一般叔卤代烷最易消去,而伯卤代烷最难。 一般叔卤代烷最易消去,而伯卤代烷最难。仲或叔卤代烷 氢可以消去,因而产物不同。 有几个β氢可以消去,因而产物不同。 1875年俄国化学家查依采夫根据大量事实指出 年俄国化学家查依采夫根据大量事实指出: 1875年俄国化学家查依采夫根据大量事实指出:在β-消 去反应中主要产物是双键碳原子上烃基最多的烯烃, 去反应中主要产物是双键碳原子上烃基最多的烯烃,即得 到最稳定的烯烃。-- 。--查依采夫规律 到最稳定的烯烃。--查依采夫规律
溴甲烷在NaOH溶液中反应生成甲醇,反应时OH 溴甲烷在NaOH溶液中反应生成甲醇,反应时OH-从背面接近中 心碳原子,必须克服三个氢原子的阻力,同时三个C 心碳原子,必须克服三个氢原子的阻力,同时三个C-H键的偏 转使键角发生变化,因而体系的能量升高。达到过渡状态时,能 量也达到最高点。随着溴离子的进一步离去和C 量也达到最高点。随着溴离子的进一步离去和C-O键的进一步 形成,体系的能量逐渐降低,最后形成产物。

第八章卤代烃

第八章卤代烃

136第八章 卤代烃8.1 绪论烷基卤化物是指烷烃中的氢原子被卤素原子(氟、氯、溴和碘)所取代的化合物。

例如,CH 3Cl 和CH 3CH 2Br 是烷基卤化物,烷基卤化物也被称为卤代烃。

烷基卤化物分为伯卤化物(10)、仲卤化物(20)和叔卤化物(30)。

这种分类是基于卤素直接相连的碳原子。

如果带有卤素的碳原子仅仅与其他一个碳相连,这个碳原子就是伯碳原子,烷基卤化物就属于伯烷基卤化物。

如果带有卤素的碳原子它本身就连有其他两个碳原子,这个碳就是仲碳,该烷基卤化物就是仲卤化物。

如果带有卤素的碳原子它连有其他三个碳原子,那么这个碳就是叔碳,该烷基卤化物就是一个叔烷基卤化物。

下面是伯、仲和叔烷基卤化物的代表。

H CC H H H H10H C C C HH H HCl 20CH 3C CH 3CH 30碳碳碳虽然我们用符号10,20,30,但是我们不能说第一度,第二度,第三度,应该是伯、仲、叔,也可称为一级,二级,三级。

8.2 烷基卤化物的命名卤素取代的烷烃是按照IUPAC 系统命名法来命名的:CH 3CH 2ClCH 3CH 2CH 2F CH 3CHBrCH 3氯乙烷1氟丙烷2溴丙烷当主链上既有卤素又有烷基取代时,不管是卤素还是烷基,从靠近取代基一端向另一端编号。

如果两个取代基到链的末端的距离相等,按照字母的先后顺序从一端编起。

CH 3CHCHCH 2CH 3ClCH 3CH 3CHCH 2CHCH 3ClCH 32-氯-3-甲基戊烷 2-氯-4-甲基戊烷137很多简单卤代烃的习惯命名仍然被广泛应用,然而在这种习惯命名体系中被称为功能性命名,卤代烃被命名为烷基卤化物。

(下面这些命名也被IUPAC 所接受)CH 3CH 2ClCH 3CHCH 3(CH 3)3BrCH 3CHCH 2ClCH 3CCH 2BrBrCH 3CH 3CH 3乙基氯 异丙基溴 叔丁基溴 异丁基氯 新戊基溴8.3 卤化物的结构和物理性质8.3.1卤化物的结构烷基卤化物的卤素原子所连的碳原子是sp 3的,基团的排列围绕碳原子,因此,一般是四面体形。

第八章 卤代烃..

第八章 卤代烃..

(R=1, 2 , 3 烷基 ; RCH=CH-; RCH=CHCH2-; Ph-. X: I, Br, Cl)
Corey-House合成法——制备烷烃
[CH3(CH2)3]2LiCu + 2CH3(CH2)6Cl
Et2O, 5days 0℃75%
2CH3(CH2)3-(CH2)6CH3 + LiCl +CuCl
无水乙醚
Grignard试剂在醚中有很好的溶解度,醚作为 Lewis碱,与Grignard试剂中的Lewis酸中心镁原子 形成稳定的络合物。
C2H5 C2H5
R O Mg X O
C2H5 C2H5
格氏试剂很易与含活泼H的化合物如 H2O、R-OH、NH3 、 R-NH2 、 HX、 HOOCCH3、炔氢等反应生成相应的烃
卤代烃一般使用伯卤代烃,有时也可使用仲卤 代烃,但仲卤代烃或叔卤代烃在反应条件下往往会发生 消除得到烯烃,不适用于制备。 而乙烯型、苯基型一般都不发生上述反应
1. 水解(被-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。这个反应也叫卤代烃的碱性 水解。
R—X + NaOH
伯卤代烃 CH3CH2Cl 2.按C-X键C的类型 仲卤代烃 CH3CHClCH3 叔卤代烃 (CH3)3C-Cl
3.按X的种类 氟代烃(制法和性质特殊) 氯代烃、溴代烃、碘代烃
二、命名
1. 普通命名法: 卤(代)某烃或某烃基卤。 CHCl3 C2H5Cl n-C4H9-Cl 正丁基氯
三氯甲烷
氯乙烷 i-C4H9-Cl 异丁基氯
样作为取代基来命名。 ②编号:根据最低系列原则将主链编号。
③取代基: 优先顺序大的基团后列出。 3 2 1 CH3CHCH2B r CH3 1 H 3C 2 CH 3 CH 4 CH

08卤代烃

08卤代烃

2.较复杂的卤代烃按系统命名法命名:
①.卤代烷,以含有卤原子的最长碳链作为主链,将卤原子或其他支链作为 取代基。命名时,取代基按“顺序规则”较优基团在后列出。[烷烃为母体] 例如: 2,3二甲基-6乙基-5-氯 辛烷
CH3CH2CHCHClCH2CHCHCH3 C2H5 CH3CH3
CH3CH2CHCHBrCH2CH3
⑵.与金属锂反应
石油醚
C4H9X + 2Li
C4H9Li + LiX
有机锂化合物的性质与格式试剂很相似,反应性能更为活泼,遇水、醇、 酸等即分解。 有机锂也可与金属卤代物作用生成各种有机金属化合物。
RLi + Cu
R2CuLi +LiI
二烃基铜锂称为铜锂试剂,它是一个很好的烃基化试剂。可以用他合成较复杂的烷烃。
第八章 卤代烃
第一节
卤代烃的分类、命名及同分异构现象
卤代烃:烃分子中一个或多个氢 取代后所生成的化合物。 R-X, X=Cl.、Br、I 、F 卤原子是卤代烃的官能团。 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。引入卤原子,往往是改造分子性能的第一步加工,在有机合成中起着桥梁 的作用。 自然界极少含有卤素的化合物,绝大多数是人工合成的。
3.邻近基因的参与
α-溴代烷丙酸负离子按SN1历程进行水解,醇解反应时,其构型完全保持不变。
H OO-
C
CH3 Br
C
OOHຫໍສະໝຸດ -HSN1
C
CH3 OH
C
O
100% 构 型 保 持
这种异常现象的产生,可能是α-溴代丙酸负离子按SN1历程电离产生碳正离子时,分 子内中心碳原子邻近带负电荷的羧基离子,连接溴离子的背面进攻中心碳原子,进行了分 子内的类似于SN2反应,生成不稳定的内酯,产生碳原子的构型发生了转化,此时,羧基 负离子好象在背面固定了碳正离子的构型。当亲核试剂(HO-)进攻时,就只能从原来溴离 子脱离的方向引入,手性碳原子的构型再发生一次转化。经过两次转化,结果使100%保持 原来的构型不变。如下图所示

有机化学 第八章卤代烃

有机化学 第八章卤代烃

对SN2的影响
空间效应
H2C CH CH2X Ph CH2 X
注意:
H H
Nu H L H
〉SN2反应速度最快
p-π共轭,稳定过渡态, △E活化低快
知识点 苄基 (苯甲基)> 烯丙基 > CH3 > 1º > 2º > 3º
对SN1的影响 SN1的速控步骤:
电子效应 空间效应
RX R+ + X-
R1 2 HO C R R3 R1 R2 C OH R3
第一步生成平面三角形碳正离子, OH-从平面的两边进攻的机会均等。 例:
H3CO + CH3COOH O H2O/O O CH O C CH3 H3CO CH OH SN1
大多亲核取代反应既非完全转化,也非完全外销旋化。
例:
C6H5
CH CH3 + H2O/丙酮 Cl
凡是能稳定C+的因素,也稳定生成它的过渡态。
△E ----反应快( SN1 主要考虑电子效应)
例:
H3CO CH2 X
p-π共轭,稳定C+
空间效应也有影响:
H3C O CH2+
对SN1的影响
电子效应 空间效应
空间效应
3º最拥挤,解除拥挤的要求最强—易形成C+ CH3相反,解除拥挤的要求最小—难形成C+
亲核试剂 Nu
-
R CH2 Nu + X 离去基团
底物
Nucleophilies
反应是由带负电荷(或孤队电子)的试剂进攻带正
电荷的C原子引起的——亲核取代(SN) Substitution Nucleophilic
常见的亲核取代反应:

chapter8 卤代烃

chapter8 卤代烃
CH2= CH-CH-CH2-Cl CH3 Cl CH3
CH2X
3- 甲基 -4- 氯 -1-丁烯 2- 甲基 -1- 氯 -3- 丁烯
×
4 - 甲基 -5- 氯环己烯
或苄基卤( 卤化苄 或苄基卤(氯、溴、碘)
8.3 脂肪族卤代烃的化学性质
C
Nu :
亲核取代
(Nucleophilic Substitution)
选最长碳链为主链, 碳原子数命名为 (1)选择主链 选最长碳链为主链,根据碳原子数命名为 )选择主链—选最长碳链为主链 根据碳原子数 某烷” 注 不是含卤原子最长碳链 不是含卤原子最长碳链) “某烷”;(注:不是含卤原子最长碳链 采用最低秩序原则( (2)碳原子编号 采用最低秩序原则(即从最靠近取代基一 )碳原子编号—采用最低秩序原则 端开始编号,依次标上1, , 等数字),取代基写在 某烷” 等数字),取代基写在“ 端开始编号,依次标上 ,2,3等数字),取代基写在“某烷” 之前,并以半字线连接; 半字线连接 之前,并以半字线连接; (3)主链上的卤原子或取代基按秩序规则顺序排序,并以较 )主链上的卤原子或取代基按秩序规则顺序排序, 优基团列在后(一般卤素为较优基团,应写在后面)。 )。卤素的 优基团列在后(一般卤素为较优基团,应写在后面)。卤素的 秩序是: 秩序是:氟、氯、溴、碘。 CH3-CH-CH-CH3 CH -CH -CH-CH-CH -CH
4. 氰解: 氰解:
R X + NaCN
C2H5OH ( NaCN)
R CN
H3O+
R COOH
增加一个碳原子
该反应的重要意义除可增长碳链外, 该反应的重要意义除可增长碳链外,还可以通过氰 基转化为―COOH、 ―CONH2等官能团。 等官能团。 基转化为 、 该反应与卤代烷的醇解相似, 不能使用叔卤烷, 使用叔卤烷 该反应与卤代烷的醇解相似,亦不能使用叔卤烷, 否则将主要得到烯烃。 否则将主要得到烯烃。

有机化学-第八章卤代烃ppt课件

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三、卤代烷的互换
§ 8—3 卤 代 烷的性质
一、物理性质 (略) 二、化学性质
卤代烃的化学性质活泼,且主要发生在C—X 键上。 ① 分子中C—X 键为极性共价键,碳带部分正电荷,易受带负电荷
或孤电子对的试剂的进攻。
CH C CH CH -I CH CH -Cl CH CH -Br 3 3 3 2 卤 代 烷 : 3 2 3 2 1 . 9 1 0 2 . 0 5 2 . 0 3 D 偶 极 矩 μ ( )
R-CH2-X
R-CH=CH-X 乙烯式 R-CH=CH-CH2-X 烯丙式 R-CH=CH(CH2)n-X n≥2 孤立式
X CH 2 X
卤代芳烃
乙烯式 烯丙式
按卤素所连的碳原子的类型
R-CH -X 2
伯 卤 代 烃
R CH-X 2
R C-X 3
仲 卤 代 烃 2 ° 级 卤 代 烃 ( ) 1 一 级 卤 代 烃 ° ( ) 二
CH -CH-CH -CH-CH -CH 3 2 2 3 Cl CH 3
CH -CH -CH-CH-CH -CH 3 2 2 3 Br Cl
3 -氯 4 -溴 己 烷 3 -溴 4 -氯 己 烷 ×
3、卤代烯烃命名时,以烯烃为母体,以双键位次最小编号。
1 -甲 CH = CH-CH-CH -Cl 3 4 -氯 基 丁 烯 2 2 1 -氯 2 -甲 3 CH 基 丁 烯× 3 Cl CH 3
2、与氰化钠反应
醇 R C H C N + N a X R C H X + N a C N 2 2 腈
R COOH CH2 R COOH 1°反应后分子中增加了一个碳原子,是有机合成中增长碳链的方法之一。
2°CN可进一步转化为–COOH,-CH2NH2等基团。
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βα
CC

C C +H
卤代烷消除反应的难易与其烃基结构有关,呈现 3°> 2°> 1°(R3CX > R2CHX > RCH2X > CH3X)的变化规律,消除反应的取向遵循扎依采夫(Saytzeff),即在 β-消除反应 中主要产物是双键碳原子上烃基最多的烯烃。
对于 E2 反应而言,一般倾向于反式消除,即进攻基团 RO-从离去基团 X 的背面接近β氢,这时的位阻最小。 5.亲核取代与消除反应的竞争
CC
KOH/ 醇
CC
HX
KOH /水
CC H OH
3
(4)升高反应温度对消除反应有利,因为消除反应与取代反应相比,需要打断得化学键更 多(C—H,C—X)。 6.卤代烃的制备
(1)烃的直接卤代,例如;
CH3CH3
Cl2 光
CH3CH2Cl
用这种方法制备的卤代烃往往选择性较差。
(2)不饱和烃加成,例如:
X RH + Mg
(Y=
OH,—X,—OR,—NH2,— C CR)
Y
例如:
RMgX + D2O
RD + Mg(OH)X
1
这也是在分子中引入氘的一种常用方法。
RMgX CO2
RCOOMgX
H H2O
RCOOH
本反应常用于由卤代烃制备多一个碳原子的羧酸。
有关格氏试剂与醛、酮作用制备醇的反应将在下一章中学习。
8.2 基本内容
1. 卤代烃的结构特点: 卤代烃中与卤素相连的碳原子以 sp3 杂化轨道和卤素 sp3 杂化轨道重叠形成 C—X σ 键,
由于卤素的电负性较大,使成键的一对电子偏向于卤原子一边,因此碳卤键具有极性,表示
δ + δ-
为 C X 。根据与卤原子相连的碳原子不同,卤代烃可以分为:
RCH2X
无影响


溶剂
非质子溶剂
质子溶剂
离去基团
I > Br > Cl
4.消除反应:
消除反应也有两种历程,一种双分子反应历程(E2), 另一种是单分子反应历程(E1)。
E2 历程表示为:
H
RO-
Cβ αC
X
δRO H
[ Cβ
] αC δBr
CC
+ ROH + X-
E1 历程表示为:
H
βα

CCX
βα
CC
2
H
R2CHX
R3CX
RCH=CH-X
RCH=CH-CH2X
伯卤代烃
仲卤代烃
叔卤代烃
乙烯式卤代烃
烯丙基式的卤代烃
一般来讲,发生化学反应时,烯丙基式的卤代烃最活泼,乙烯式卤代烃最不活泼。
2.卤代烃的性质
(1)亲核取代
通式:Nu: + R X
R Nu + X:
R—X 是受亲核试剂进攻的底物,Nu:代表亲核试剂,X 称为离去基团。
碱性是指基团与 H+的结合能力,亲核性则是亲核试剂上的电子与碳正离子(或碳正中 心)的结合能力。亲核性不仅与其本身碱性有关,还与空间位阻及原子的可极化性有关。如: C2H2O-的碱性大于 OH-, 亲核性也大于 OH-, (CH3)3CO-虽然碱性很强,但亲核性较弱,这 是由于其位阻较大的关系。
在质子性溶剂中,对同族元素而言,随着原子半径的增大,碱性降低,但亲核性增强。
R R' + R'Cu + LiX
3. 影响亲核取代反应的因素
亲核取代反应按照不同的历程可分为 SN2(双分子亲核取代反应)和 SN1(单分子亲 核取代反应),其反应特点及影响因素如下:
反应类型
SN2
SN1
反应历程

Nu + RX

δ-
δ-
Nu---R---X
RNu + X
R X慢 R X R Nu 快 R NuNu-] 发生了 Walden 构型转化
V=k1[RX]
生成外消旋产物,可能有重排 产物
烷基结构
CH3X >伯卤代烃 >仲卤代烃 >

叔卤代烃
烯丙基卤代烃>叔卤代烃 > 仲 卤代烃 > 伯卤代烃 > CH3X>
乙烯基卤代烃

亲核性越强,浓度越高,对反应越有
因 亲核试剂
亲核试剂为富电子基团,常为负离子或含有孤对电子的基团。如:HO-、RO-、CN -、 HS -、NO3¯-、SCN -、I -、AcO –以及 H2O、R‘OH、NH3、RNH2 等。 (2)消除反应(1,2 消除或β-消除)
H
C C X + CH3CH2ONa
CH3CH2OH
C C + CH3CH2OH + NaX
取代反应与消除反应是并存而竞争的反应,试剂进攻底物的中心碳原子则引起亲核取代 反应,进攻 β-氢则引起消除反应。
H
CC
CC
SN2
H
B
E2
SN1
H
B E1
(1)烷基结构对取代反应和消除反应的影响是:
SN越易
30 RX 20RX
10 RX
CH3 RX
E越易 (2)亲核试剂的碱性越强,可极化性差,对消除反应越有利,如 RO-、NH2-等;亲核性强, 碱性较弱的基团,则有利于取代反应,SH –、CN –、 I -、AcO-、H2O 等。
(3)与金属的反应
卤代烃与金属镁在无水溶剂中反应生成 RMgX(Grignard 试剂),简称格氏试剂。
无水乙醚
RX + Mg
RMgX
格氏试剂能与许多含活性氢的物质如水、醇、酸、氨以及末端炔烃反应生成烃,并能与 二氧化碳作用生成羧酸,与醛、酮、酯等多种试剂作用,生成其它的有机化合物。
RMgX + HY
RCH CH2 HX
H+
过氧 化物
RCH CH3 X
RCH2 CH2X
(3)由醇制备,例如:
ROH SOCl2 吡啶 RCl SO2 HCl
(4)卤化物互换,例如:
RBr NaI 丙酮 RI NaBr
4
第八章 卤代烃
8.1 基本要求
1.掌握卤代烃的命名,了解其物理通性。 2.掌握卤代烃的化学性质,包括亲核取代反应、消除反应和活泼金属反应。 3.掌握亲核取代反应(SN1 和 SN2)和消除反应(E1 和 E2)机理。 4.理解卤代烃结构与性质的关系、影响亲核反应和消除反应的各种因素,以及亲核取代反 应与消除反应的竞争。
例如:
F - Cl - Br - I -
碱性减小 亲核性增大
RO -
RS -
碱性减小
亲核性增大
在亲核原子相同的试剂中,碱性大的试剂亲核性也较强,如:RO–> HO–>> RCO2– 。 常见基团的亲核性如下:
SH ¯>CN ¯>I ¯>OH ¯>N3 ¯>Br ¯>CH3COO ¯>Cl ¯>F ¯> H2O (3)在进攻试剂相同的情况下,溶剂极性加大,有利于电荷较为集中的取代反应,不利于 消除反应,例如:
在惰性溶剂中,金属锂与卤代烷反应生成烷基锂。
RX + Li
RLi
两分子烷基锂与一分子卤化亚铜反应生成二烃基铜锂。
2RLi + CuX
RCu + LiX
烷基铜
RCu + RLi
R2CuLi
二烷基铜锂
二烷基铜锂与卤代烷反应制备烷烃是增长碳链的常用的方法,称为 Corey-House 合成。
R'X + R2 CuLi
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