第8章卤代烃的最新应用

1、本章问题太多第八章 卤代烃本章知识要点1. 掌握卤代烃的化学性质及亲核取代反应历程；2. 掌握卤代烃的制法；3. 掌握影响亲核取代反应的因素。【背景问题】2012年，南极上空臭氧层空洞变小。天然有机卤化物存在于土壤与海水中及空气中。一百多年前，待克赛尔（Drecgsel）从珊瑚中分离出第一个有机卤化物3,5一二碘酪氨酸。目前，人们已在自然界中确认了2000多种卤化天然产物。众多的海藻能够产生挥发性卤代烃（Volatile halohydrocarbon，VHC），能够合成出氯甲烷、溴甲烷、溴仿和碘甲烷等有机卤化物。由于氯甲烷相对长的约1.5年的残存时间,使它能达到同温层，并占全部氯化物的含量2

2、0 %。这些相对稳定的天然VHC可扩散至对流层中甚至到同温层中，引起臭氧层的消耗，并决定臭氧层的厚度。（1）1973年，美国化学家马里奥·莫利纳（Mario-Molina）首次提出氟里昂对臭氧层有影响，其主要破坏机制是什么？目前的替代措施是什么？（2）聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物，基本结构为，英文缩写为PTFE，商品名为“特氟隆”（Teflon)，被美誉为“塑料之王”。通过资料查阅，你能简要说说聚四氟乙烯的主要用途吗？（3）有机物中引入氟原子或含氟基团，氟原子强烈的电负性会增强氟与碳的亲和作用，从而明显地改变了含氟有机化合物的电效应和模拟效应(Mimicefect)，影响了化合物内部

3、结构的酸碱性。通过查阅资料，简要了解受含氟生理活性物质影响的抗菌剂、除草剂或抗癌药。8.1 卤代烃的分类、命名及同分异构现象8.1.1卤代烃的分类一般，根据组成卤代烃的烃基结构及卤原子的不同，有多种分类。根据卤代烃分子中卤元素的种类，可分为氟代烃、氯代烃、溴代烃、碘代烃。由于氟代烃的性质、制备比较特殊，一般意义上的卤代烃，主要指氯代烃、溴代烃、碘代烃。根据卤代烃分子中卤原子的数目，可分为一卤代烃、二卤代烃或多卤代烃。根据卤代烃分子中与卤原子直接相连的碳原子级数的不同，又分为一级卤代烃、二级卤代烃、三级卤代烃，表示为RCH2X ，一级卤代烃（伯卤代烃）；R2CHX，二级卤代烃（仲卤代烃）；R3C

4、X，三级卤代烃（叔卤代烃）。伯卤代烃 1º 仲卤代烃 2º 叔卤代烃3º根据卤代烃分子中烃基的类型，还可分为脂肪族卤代烃和芳香族卤代烃（也称卤代芳烃）。其中，脂肪族卤代烃又可分为饱和卤代烃或不饱和卤代烃， 饱和脂肪族卤代烃 不饱和脂肪族卤代烃， 8.1.2 命名1. 卤代烃的习惯命名法习惯命名法 通常按与卤原子相连的烃基名称命名，称作卤代某烃或某基卤，主要用于烃基与卤原子相连的简单一元卤代烃。如(CH3)2CHBr (CH3)3CCH2Cl 异丙基溴 新戊基氯 环戊基溴 苄基氯Isopropyl bromide neopentyl chioride cycloly

5、 bromide benzyl chioride 多卤代烃可用俗名，或特殊的命名。如:CHCl3 CHI3 CCl4 CH2BrCH2Br 氯仿 碘仿 四氯化碳 1,2-二溴乙烷（或对称二溴乙烷）chloroform iodoformum perchlormethane 1,2-dibromethane烷烃分子中所有的氢都被氟取代了的化合物叫全氟代烷。如:CF3CF2CF3 CF2= CF2全氟丙烷 四氟乙烯perfluoropropane tetrafluoroethylene 2. 卤代烃的系统命名法对于结构较复杂的卤烃，则以系统命名法命名。可将卤原子作为烃的取代基，以烃为母体，按烃的名称

6、命名。如:CH2CH=CHBr CH2= CHCH2CH=CHCH2Cl 1-溴-1-丙烯 6-氯-1,4-己二烯 3-苯基-1-氯丁烷1- bromo -1-propenylhexane 6-chloro -1,4- dihexene 3- benzeneyl -1-chlorobutlyane3-氯甲基已烷 1-氯-4-溴苯 3-甲基-4-氯-1-丁烯3-chloromethylhexane 1- bromo -4-chlorobenzene 4-chloro-3- methyl-1-butene需要注意的是，当多个卤原子做取代基时，其位次及列出次序仍遵循最低系列原则和次序优先规则。英文命

7、名时应以卤元素氟（fluoro）、氯（chloro）、溴（bromo）、碘（iodo）的词头字母顺序表示。如：【思考题】8-1命名下列化合物或写出结构式。（1）2-溴-1，3-己二烯 （2）2，4-二氯-对溴甲基苯（3） （4） 4-氯-1-溴-2-碘-戊烷 (反)-1-溴-3-氯-环戊烷（将图中的短线取掉，一般认为是甲基）1-bromo- 4 - chloro -2- iodo pentane trans-1-bromo-3-chloro-cycopentane8.1.3 同分异构现象卤代烃因烃基结构及卤原子在碳链上位置的不同而产生同分异构现象。2-氯己烷 2-甲基-3氯戊烷 2,4-二甲基

8、-2-氯丁烷对不饱和卤代烃，还有顺反异构，比饱和烃的异构体数目更多。（E）3-氯-3-己烯 （Z）3-氯-4-己烯 （Z） 3-甲基-2-氯-2-戊烯对多卤代烃，综合以上因素，则异构体的数量会更多。（顺）2-氯-1-（-2-溴苯基）-2丁烯 （顺）2-氯-1-（-3-溴苯基）-1-丁烯 （反）1-氯-1-（-4-溴苯基）-2-丁烯 （顺）3-氯-1-（-3-溴苯基）-2-丁烯8.2 卤代烃的性质8.2.1 物理性质卤代烃中，除氯甲烷、氯乙烷、氯乙烯、溴甲烷、溴乙烯是气体外，大多数卤代烃是液体，高级卤代烃是固体。除溴代烷、碘代烷经长期放置后会分解出游离溴与碘而带颜色外，一般均为无色液体。一卤代烷

9、的蒸气有毒。某些一些卤代烃的物理性质见表8.1。表8.1 一些卤代烃的物理性质烃基氯代烃溴代烃碘代烃沸点/相对密度/d204沸点/相对密度/d204沸点/相对密度d204CH3-240.9203.51.73242.62.279CH3CH2-12.20.91038.41.43072.31.933CH3 CH2CH2-46.20.89271.01.351102.41.747CH2=401.336992.4180(分解)3.325CH61.21.4891512.89升华4.008-C76.81.595189.53.42升华4032-CH2CH2-83.51.2571312.170CH2=CH-14.

10、0.911161.493562.03CH2=CHCH2-450.938711.398103苯基1321.1061561.495188.51.832苄基1791.1022011.4381.734环己基1431.000166.21.336180(分解)1.6244卤代烷的沸点随着分子中碳原子数的增加而升高，见表8.1。因C-X碳卤健的极性高于C-H碳氢键的极性，故卤代烷的沸点较相应烷烃的沸点高。同碳数的异构体中，有1°RX > 2°RX > 3°RX，即，直链异构体沸点最高，支链越多沸点越低。烃基相同时，由于卤元素的差异，卤代烷的沸点有RI > RB

11、r > RCl > RF的规律。卤代烷的相对密度也随着分子中碳原子数的增加而升高，也大于同碳数的烷烃，见表8.1。一般，一元卤代烃中RCl、RF的相对密度小于1； RI、RBr的相对密度大于1；有两个及以上卤原子的多卤代烃或芳卤代烃的相对密度大于1，并按一卤代烃、二卤代烃、三卤代烃的次序，密度升高；碳数相同时，按氯代烷、溴代烷、碘代烷的次序，密度升高；对同系列，即卤元素相同时，其相对密度随着分子中碳原子数的增加而减小。其熔点、沸点也有相似的变化趋势。卤代烃均不溶于水，可溶于弱极性或非极性的乙醚、苯、烃等有机溶剂。如二氯甲烷、三氯甲烷和四氯甲烷等是常见的有机溶剂，可用作从动物组织中提

12、取脂肪类物质的萃取剂。【思考题】8-2比较下列化合物的沸点高低。（1）CH3(CH2)3I 和 CH3(CH2)3Br （2）CH3(CH2)5Br 和 CH3(CH2)6Br （3）间氯甲苯和间溴甲苯 （4）（Z）二氯乙烯 和（E）二氯乙烯8-3比较下列化合物的偶极矩大小。（1）CH3CH2I 、CH3CH2Cl和 CH3CH2Br （2）CH3Cl和 CH3CH2Cl（3）CH3CH2CH3 CH3CH2CH2F （4）（E）氯乙烯 和1,1,2,2-四氯乙烯8.2.2化学性质饱和卤代烃的分子中，碳原子以一个sp3杂化轨道与一个卤原子p轨道相互交盖，形成一个CX 键，其键能（CF除外）都比

13、CH键小（见表8.2），故CX 键比CH键容易断裂而发生各种化学反应.。表8.2卤代烃分子中CX 键的键能CX键CHCFCClCBrCI键能（KJ/mol）414448339285218卤代烃的化学性质活泼，且主要发生在CX 键上。因为CX 键为极性共价键，碳带部分正电荷Cd，易受带负电荷或孤电子对试剂的进攻而发生亲核取代反应（即由亲核试剂进攻 a-C的Cd而进行的取代反应）。 卤代烃不仅容易进行取代反应，也会发生消除反应。卤原子的吸电子诱导效应可通过 a-C传递给 b-C ，从而影响至 b-H ，致使在强碱的作用下， b-H表现出一定的酸性，使卤代烃中的卤原子与 b-H通过消除一个小分子（H

14、X）而生成烯烃，完成消除反应。卤代烃脱去 HX 得到烯烃，是制备烯烃的方法之一。 1. 取代反应在卤代烷的取代反应中，RX的典型反应是由亲核试剂（nucleophilie reagent，一般用Nu：或Nu- 表示）进攻 a-C而引起的取代反应，称为亲核取代反应（nucleophilic substitution，用SN 表示）。常用的亲核试剂主要有负离子（如HO-、RO-、NO-等）及带有未共用电子对的分子（如H2O、 NH3等）。亲核试剂具有亲近带正电的原子的特点，也称试剂具有亲核性。亲核取代反应可用下列通式表示：乱码其中RX 为反应物，又称底物（substrate，）；Nu：称亲核试剂；

15、 X- 称离去基团（leaving group，也可用L表示。）1）水解反应卤代烷与水作用，可发生羟基取代卤原子生成醇的反应，称作卤代烷的水解反应（The hydrolysis of alkyl halides ，hydrolysis）。这是一个可逆反应。RX + H2O ROH + HX为此，利用HO- 的亲核性比水更强的性质，常常在强碱KOH、NaOH的水溶液条件下水解,可加快反应速率，提高醇的产量。RX + H2O ROH + NaX工业上可将石油氯化得到的氯戊烷的各种异构体混合物，通过碱性水解制得相应戊醇的各种异构体混合物（也称杂油醇），作为工业用溶剂。C5H11Cl + H2O C5

16、H11OH + NaCl卤代烃主要由人工合成，一般不以卤代烃制备醇，而是由醇制备卤代烃。当卤代烃原料易得，或制备结构特殊、复杂的醇时，可借助先卤代再水解的方法，间接合成醇。如;2）醇解反应 卤代烷与醇作用，可发生烷氧基取代卤原子而生成醚的反应，称作卤代烷的醇解反应（The alcoholysis of halogenated hydrocarbons），也是一个可逆反应。RX + R'ONa ROR' + NaX为此，利用烷氧负离子RO- 的亲核性比水更强的性质，常常在强碱醇钠（RONa）、醇钾（ROK）的醇溶液条件下，可加快醇解反应速率，提高醚的产量。上述反应中，当R和R&#

17、39; 相同时，所得醚称作单醚；若R和R' 不相同，则所得醚称作混醚。如;这种合成混醚的反应称作威廉姆孙（Williamson）合成法。由于是强碱条件，所用卤代烃一般为伯卤代烃；若用叔卤代烃，则主要产物为烯烃。对于不同的卤代烷，卤原子被烷氧基取代的活性顺序是：RI > RBr > RCl > RF。3）与氰化钠及硝酸银的反应卤代烷与氰化钠或氰化钾作用，可发生氰基（-CN）取代卤原子生成睛（读作jing）（R-CN）的反应，称作卤代烷的氰解反应（Halogenated cyanide solution reaction），CH3CH2CH2Cl + NaCN CH3CH

18、2CH2CN + NaCl通过上述反应，一方面将官能团卤素转变为腈，分子中增加了一个碳，是有机合成中常用的增长碳链的方法之一，另一方面，通过氰基，可将官能团转化为羧基（-COOH）、酯（-COOR）或酰胺（-CONH2）等，合成相应的化合物。卤代烷与硝酸银的醇溶液作用，可使硝基取代卤原子，生成硝酸酯和卤化银的沉淀。卤代烃与硝酸银反应的活性与卤素及烃基结构有关。烃基相同时，活性顺序为RI > RBr > RCl > RF；卤素官能团相同时，叔卤代烃室温下即与硝酸银的醇溶液反应生成卤化银的沉淀，伯、仲卤代烃加热才能与硝酸银的醇溶液反应生成卤化银的沉淀，即活性顺序为： 3°

19、;RX > 2°RX > 1°RX。可据此反应分析卤代烃的种类及其烃基结构。2. 消去反应 卤代烷在碱性水溶液中进行水解，发生亲核取代反应得到醇 ，如果在碱的醇溶液中加热，则发生脱去HX的反应。使a-碳原子上的卤素X 和其b-碳原子上的bH同时消去，生成烯烃，称为a,b-消除反应，简称b消除反应（ bElimination reaction) 。反应通式为：例如：卤代烃与NaOH（或KOH）的醇溶液作用，脱去卤素与-碳原子上的氢原子而生成烯烃。在上述反应中，当卤代烃发生消除反应时，如果有不止一个-碳原子的氢可供消除时，主要从含氢较少的-碳上消去氢，得到产物是取代

20、基较多的烯烃 ，这是俄国化学家扎依切夫（A.M.Saytzeff,1841-1910）1875年，在总结大量实验事实后得到的经验规律也叫扎依切夫规则（Saytzeffs Rule）。如：反应物结构式错若是邻二卤代烃（也称偕二卤代烃？），则可消除卤化氢生成乙烯型的卤烃;此外，邻二卤代烃还可在锌粉（或镍粉）与乙酸及乙醇中，或者碘化钠的丙酮溶液中反应，消除一分子X2（脱卤素），生成烯烃。据此，脱卤素反应可用于碳碳双键的保护，或烯烃的分离与提纯。3. 与金属反应1）金属有机化合物卤代烃能与某些金属反应，生成金属有机化合物（organmeatallic compound），即金属原子直接与碳原子相连接的

21、一类化合物，用R-M表示，M表示金属。R-X + M R-M-X（只有当M为Mg、Zn时，才可这样表示！） (M=Li、Na、K、Mg、Zn、Cd、Al、Hg)金属有机化合物分子中的 CM键大多为极性共价键。金属原子带部分正电荷，碳原子带部分负电荷，即C- - M+，因而，C-M 键易于断裂，其中的烃基碳原子具有较强亲核性与碱性。且金属越活泼，生成的C-M键极性越强，碳上所带负电荷越多，其活泼性就越大，因而在有机合成领域得到广泛应用。2) Grignard试剂卤烃与金属镁在绝对乙醚（无水，无醇）条件下反应，生成有机镁化合物-烃基卤化镁，也即Grignard试剂（按译音称格利雅试剂，或简称格氏试

22、剂）。 法国著名化学家格利雅（Victor Grignard，1871-1935）因发明有机镁试剂（1900年）及其在有机合成中的应用，与其老师萨巴蒂埃教授（P.A.Barbier），在1912年共同获得诺贝尔化学奖获。格氏试剂的结构复杂，常用 RMgX表示。目前对其的形成机制尚不很清楚。一般认为是由R2Mg、MgX、(RMgX)n 多种成分形成的平衡体系混合物，即在溶液中存在着下列平衡：目前，较为认可的说法是：非水溶剂中，乙醚的氧原子与格氏试剂的镁原子通过配位键，形成了稳定的溶剂化合物？，产物不需分离即可直接用于有机合成反应。四氢呋喃（THF）、苯和其他醚类也可作为溶剂。格氏试剂的性质非常活

23、泼，能与多种含活泼氢的化合物作用，生成烷烃。最后一个反应是错的在有机分析中，依据甲基碘化镁（CH3MgI）与含活泼氢的化合物的定量作用，计算生成甲烷的体积进而得出活性氢的数量。 由于格氏试剂遇水就水解。所以，在制备格氏试剂时，必须用无水试剂和干燥的反应器。此外，还应采取隔绝空气，通过氮气保护等措施，避免空气中的氧慢慢将格氏试剂氧化，进而在湿气的作用下分解为醇。格式试剂还可与还原电位低于镁的金属卤化物作用，如与三氯化铝生成烷基铝；这是合成其他有机金属化合物的一个重要方法。制备格氏试剂的卤代烷活性：RI > RBr > RCl3) Wurtz反应卤代烃能与金属钠发生反应，生成有机钠化合

24、物（RNa），也称烷基钠。R-X + 2Na RNa + Na X生成的烷基钠会立即与另一分子R-X发生偶联反应（coupling reaction），生成高级烷烃，这偶联反应以是法国化学家武兹（Charles-Adolphe Wurtz，1855年）命名的反应（也称Wurtz reaction）。例如2R-X + 2Na R-R + 2Na X此反应可从卤代烃合成偶数碳、结构对称的烷烃，且适用于卤代烃的反应。因反应产率较低，较少使用。但用于制备芳烃则产率较高。4还原反应卤代烷中的卤原子可被多种试剂还原，生成烷烃：用氢化铝锂（LiAlH4）,反应只能在醚或四氢呋喃（THF）等无水介质中进行。L

25、iAlH4遇水立即反应，放出氢气。 【思考题】8-4完成下列反应（1）（2）（3） （4）（5）（6）8-5用下列化合物能否制备Grignard试剂？为什么？（1）HOCH2CH2Br （2）HCCCH2CH2Br（3）CH3COCH2Br （4）CH3 CH2CH(OCH3)CH2BrLiAlH4 + 4H2O Al(OH)3 + LiOH + 4H28.3 亲核取代反应历程卤代烷的亲核取代反应是一类重要反应。亲核取代历程可用一卤代烷的水解为例说明。例如：氯溴甲烷在碱性条件下水解=kCH3BrOH-在动力学研究中，把反应速率式子里各浓度项的指数叫做级数，把所有浓度项指数的总和称为该反应的反应

26、级数。对上述反应来说，反应速率相对于CH3Br和OH-分别是一级，而整个水解反应则是二级反应。溴代叔丁烷(1,1-二甲基-1-溴乙烷)在碱性条件下水解:=(CH3) 3CBr该反应的速率只与卤代烷的浓度成正比，而与碱的浓度无关。反应速率对(CH3) 3CBr 是一级反应，对OH-则是零级，整个水解反应是一级反应。从上述实验现象和大量的事实说明：卤代烷的亲核取代反应是按照不同的历程进行的。8.3.1单分子历程（SN1）1SN1的反应历程溴代叔丁烷的水解分两步：中间体碳正离子忘记了带正电荷图8.1叔丁基溴水解反应进程-位能变化曲线对于多步反应来说，生成最后产物的速率由速率最慢的一步来控制。叔丁基溴

27、的水解反应中，C-Br键的离解需要较大的能量，反应速度比较慢，而生成的碳正离子具有高度的活泼性，它生成后立即与OH-作用。因为第一步反应所需活化能较大，是决定整个反应速率的步骤，所以整个反应速率仅与卤代烷的浓度有关。这类反应历程进行过程的能量变化可用位能曲线8.1图表示。由于在反应过程中，其决定反应速度的一步只与一种有分子有关，或者认为只有一种分子参与了碳正离子的形成，因此，这类反应历程称为单分子亲核取代反应历程，简称为单分子历程，用SN1表示（SN代表亲核取代反应，unimolecular nucleophilic substitution “1”代表双分子）。SN1反应的特征是分步进行的单

28、分子反应，并伴随有活泼中间体碳正离子的生成。2SN1的立体化学  在SN1的反应中，决定反应速率的一步中形成的碳正离子具有平面构型（sp2杂化）亲核试剂向平面的任一面进攻的几率是相等的，因此生成的产物按理是外消旋化合物，是非光学活性物。这个过程称为外消旋化。      构型转化 构型保持 外消旋体在有些SN1反应情况下，实验结果确实如此。但在多数情况下，结果并不那么简单，往往是在外消旋化的同时，构型转化部分和构型保持部分不相等，从而使产物具有不同程度的旋光性。如：2-溴代辛烷水解后，生成的产物中34%外消旋物质和66%构型转化的旋光物

29、质（即构型保持者占17%，构型转化者占83%）。所以，从立体化学观点看，SN1历程通过生成碳正离子进行取代反应时，在发生消旋作用的同时，通常还伴随着部分构型的转化。 2-溴代辛烷 平面构型 构型保持 17% 构型转化83%8.3.2双分子历程（SN2）1SN2的反应历程对溴甲烷等这类水解反应，认为决定反应速率的一步是由两种分子参与的。反应过程可以描述如下：认为整个反应是一步完成的，亲核试剂(Nu)是从反应物离去基团(L)的背面向碳进攻。 图8.2溴甲烷水解反应中心碳原子立体化学变化这类反应进程中的能量变化可用反应进程-位能曲线8.3图表示。图8.3溴甲烷水解反应进程-位能变化曲线由于在反应过程

30、中，其决定反应速度的一步发生共价健变化的有两种分子，或者说有两种分子参与了过渡态的形成，因此，这类反应历程称为双分子亲核取代反应历程，简称为双分子历程，用SN2表示（SN代表亲核取代反应，bimolecular nucleoplilic substitution，“2”代表双分子）。从杂化分子轨道理论来看，在SN2反应的过渡态中，中心碳原子从原来的sp3杂化轨道变为sp2杂化轨道，三个C-H键排列在同一平面上，互成120°：另外还有一个p轨道与OH-和Br部分键合。如果OH-从溴的同侧进攻，则形成的过渡态C-OH和C-Br势必处在同一侧，它们之间斥力较大，内能高，不稳定，难以生成。因

31、此，在反应中，亲核试剂只能从背面进攻中心碳原子。2SN2的立体化学亲核取代反应按双分子历程进行时，亲核试剂从离去基团的背面进攻中心碳原子。 反应中手性碳原子的构型发生了翻转，即产物的构型与原来化合物的相反。这种反应过程称为构型的翻转或叫做瓦尔登（Walden）转化。大量立体化学的实验事实已经证明，SN2反应过程往往伴随着构型转化。如：已知（-）-2-溴辛烷和（-）-2-辛醇属同一构型，其比旋光度分别为-34.90°，-9.90° 将（-）-2-溴辛烷与NaOH进行水解反应而制得2-辛醇，比旋光度为9.90° 。这说明，通过水解反应，手性中心碳原子的构型已翻转。根据

32、大量立体化学和动力学研究材料，可以得下面结论：按SN2双分子历程进行的亲核取代反应，总伴随着构型的翻转，也可以这样说，完全的构型转化可作为双分子亲核取代反应的标志。总之，典型的SN1反应基本得到外消旋产物。因此，比较产物与反应物之间旋光性的变化，可有助于初步鉴别反应是SN1还是SN2。SN1反应，常伴随着部分构型转化，还有重排产物。必须指出的是：一个反应完全按SN1或SN2历程进行是比较少见的，对于一般卤代物的亲核取代反应来讲，这两种历程是并存的。8.3.3影响亲核取代反应活性的因素和邻位参与1. 影响亲核取代反应活性的因素1）烷基结构卤代烷烷基的电子效应和空间效应对取代反应活性都有明显的影响

33、。（1）对SN1历程的影响当反应按SN1历程进行时，-碳原子上的烷基取代基增多，使其反应速率增加。溴代烷SN1反应速率比：CH3BrCH3CH2Br(CH3)2CHBr(CH3)3CBr1.01.74.5107卤代烷的SN1反应速率与碳正离子稳定性的次序是一致的。中间体越稳定反应速率越大，SN1反应中电子效应是主要影响因素。（2）对SN2反应历程的影响甲基溴、乙基溴、异丙基溴和叔丁基溴在极性较小的无水丙酮中与碘化钾作用是按SN2历程进行的，生成相应的碘化烷。相对速率次序为：CH3BrCH3CH2Br(CH3)2CHBr(CH3)3CBr15010.010.001在SN2反应中，决定反应速率的关

34、键是其过渡态是否容易形成。从电子效应来看：-碳上电子云密度低，有利于亲核试剂进攻。从空间效应看：当-碳原子周围取代数目越多，拥挤程度也将越大，对反应所表现的立体障碍也将加大，进攻试剂必须克服空间阻力，才能接近中心碳原子而达到过渡态。所以，从空间效应来说，随着-碳原子上烷基的增加，SN2反应速率将依次下降。空间效应是最重要的因素。综上所述：（反应速度）伯卤代烃碳原子的亲核取代反应主要按SN2历程进行，叔卤代烃碳原子的亲核取代反应主要按SN1历程进行，仲卤代烃碳原子的亲核取代反应则根据具体反应条件而定。空间阻力较大，又不易形成碳正离子的卤代物不易发生SN1、SN2亲核取代反应。如果被取代的基团连接

35、在桥环化合物的桥头碳原子上进行亲核取代反应时，不论是按SN1或SN2历程都是显得十分困难。如：若亲核试剂按SN2历程，从背面进攻中心碳原子，位阻大，可能性几乎完全被排除。（氯的背面是一个环，亲核试剂不能从背面进攻，所以SN2反应也很难进行） 若按SN1历程进行，氯化物首先要离解为碳正离子，但桥环系统牵制着桥头碳正离子伸展为平面构型，不稳定。因此阻碍了氯化物的解离，取代反应很难进行。2）离去基团的性质 亲核取代反应无论按那种历程进行，离去基团总是带着电子对离开中心碳原子的。因此，无论是SN1或SN2反应，离去基团的碱性越弱，在决定速率步骤中愈容易带着电子对离开中心碳原子，即反应物愈容易

36、被取代。若是离去基团特别容易离去，则反应中有较多的碳正离子中间体生成，反应就按SN1，若是离去基团不容易离去，反应就按SN2。如：卤离子的碱性次序为I- < Br- < Cl- ，在卤代烷中它们的离去倾向是：I- > Br- > Cl-，则卤代烷的亲核取代反应活性是：RI > RBr > RCl。也可以从C-X的键能和可极性化来解释。一些离去基团的离去次序为： 至于碱性很强的基团如：R3C-、R2N-、RO-、HO-等则不能作为离去基团进行亲核取代反应，它们只是在酸性（包括路易斯酸）条件下形成如：R-OH2+、R-OH+-R，使离去基团的碱性相应减

37、弱后，才有可能发生亲核取代反应。如：3) 试剂的亲核性在卤代烃取代反应中，亲核试剂提供一对电子与RX的中心碳原子成键，若试剂给电子的能力强，则成键快，亲核性（指试剂与碳原子的结合能力）就强。按SN1进行时，反应速率只决定于RX的解离，而与亲核试剂无关，因此试剂亲核性的强弱，对反应速率不产生显著影响。按SN2进行时，亲核试剂参与过渡态的形成，其亲核性能的大小对反应速度将产生一定的影响。一般来说，进攻试剂的亲核能力越强，反应经过SN2过渡态所需的活化能就越低，SN2反应越易进行。一般，试剂亲核性与下列因素有关：（1）带负电荷的亲核试剂要比相应呈中性的亲核试剂更为活泼。如：HO- > H2O

38、, RO- > ROH（2）试剂的碱性亲核试剂大都是带有负电荷或未共用电子对的，所以它们都是路易斯碱。一般说，试剂的碱性愈强，亲核能力也愈强。亲核试剂的亲核能力大致与其碱性强弱次序相对应。如：EtO- > HO- > C6H5O- > CH3COO- (相同原子负离子越稳定，碱性越弱)同周期的：R3C- > R2N- > RO- > F- （电负性越大，碱性越弱，越不易提供电子对）（3）试剂的可极化性   亲核试剂的可极化性越大，在进攻中心碳原子时，其外层电子就越易变形而伸向中心碳原子，从而降低了形成过渡态时所需的活化能，因此，其亲

39、核性能也越强（碳原子在正电荷的吸引下，亲核试剂负电荷伸向碳正离子）。对碘负离子I-来说，无论作为亲核试剂，还是作为离去基团，都表现出很高的活性。因碘负离子可极化性大，亲核性强，碱性弱，易离去。例如，当伯氯代烷进行SN2水解反应时，常可在溶液中加入少量I-，使反应大为加快，而I-自身却未耗损。RCH2Cl + H2O RCH2OH + HClI- + RCH2Cl RCH2I + Cl- I-作为亲核试剂RCH2I + H2O RCH2OH + H I I-作为离去基团（4）溶剂化作用由于卤代烷不溶于水，而亲核试剂主要是无机盐，溶于水而不溶或几乎不溶于非极性有机溶剂中，有利于亲核取代反应的进行，

40、常用醇或丙酮中加水，使两者都能溶解。溶剂和分子或离子通过静电的作用称为溶剂化效应。在质子溶剂中（醇和水），亲核试剂与溶剂之间可以形成氢键，即能发生溶剂化作用。带相同电荷的原子，体积小的亲核试剂，形成氢键的能力强，溶剂化作用大，因而削弱了亲核试剂与中心碳原子之间的作用，其亲核性受到溶剂的抑制最为显著，对I-这样体积较大的试剂，被溶剂化作用较小，表现出较强的亲核性能。图8.4 F- 和I- 的溶剂化作用示意图在非质子溶剂（DMSO，DMF)中，卤离子的亲核性为： F- > Cl- > Br- > I-。这是因为负电荷裸露在外，d正电荷被掩蔽，它易溶剂化正离子，而不易溶剂化亲核试剂

41、负离子。这样的负离子是“赤裸裸”的，有较大的亲核性（即亲核试剂与正碳原子结合的能力）。F- 与碳为同周期，轨道大小相近、重叠性好，F-C键能大，因此，在非质子溶剂中，F- 的亲核性最大。4）溶剂的影响（1）对SN1历程：    过渡态的极性大于反应物，因此，极性大的溶剂过渡态溶剂化的趋势也大于反应物，这样溶剂化释放的能量也大，所以离解就能很快地进行。增加溶剂的极性能够加速卤代烷的离解，对SN1历程有利。（2）对SN2历程：比较而言，亲核试剂电荷较集中，过渡态的电荷较分散，即过渡态的极性不如亲核试剂的极性强。因此，增加溶剂的极性，反而使极性化大的亲核试剂溶剂化，而对

42、SN2过渡态的形成不利。因此，在SN2历程中增加溶剂的极性一般对反应不利。极性小的溶剂对SN2有利。如：C6H5CH2Cl水解的反应，在水中按SN1历程，在极性较小的丙酮中则按SN2历程进行。一般来说，在极性不太弱的溶剂（如含水乙醇）中，叔卤代烃的取代反应是按SN1历程进行。在极性不太强的溶剂（乙醇）中，伯卤代烃的取代反应是按SN2进行。仲卤代烃的取代反应可按两种历程进行，通常是以SN2为主。改变溶剂的极性和溶剂化的能力，常可改变反应历程。在极性很大的溶剂（甲酸）中，伯卤代烷也按SN1；在极性小的非质子性溶剂中（无水丙酮，介电常数21）中，叔卤代烃也可按SN2进行。2. 邻近基因的参与（例子选

43、用不合适）从上述影响卤代烃反应的因素中可知，其反应实质是反应物与亲核试剂间的反应。假若反应物与被取代的离去基团处于同一分子，在一定条件下可发生分子内的亲核取代反应，如： 这是一个分子内的亲核取代反应，不是一般所说的邻基参与反应 在此反应中，OH-即是亲核试剂又是强碱，进攻邻位的羟基氢远比进攻中心碳上的氢要容易得多，因而，首先是邻位羟基与碱作用失氢后形成氧负离子，然后由负氧离子进攻中心碳原子，即发生分子内的亲核取代反应SN2，生成环氧化合物。在有机化学，像这种同一分子内，一个基团参与并制约和反应中心相连的另一个个基团所发生的反应，称作邻基参与（neighboring group particip

44、ation），又称邻基效应（neighboring group effect）或邻位效应（ortho effect）。有很多与此类似的有邻近基团因参与的亲核取代反应。若反应物分子内中心碳原子邻近有：等具有未共用电子对的杂原子，或碳碳双键和苯环等基团存在，且空间距离适当时，这些基团就可以借它们的负电荷或未共用电子对，生成环状化合物，参与分子内的亲核取代反应。如：-溴代丙酸负离子按SN1历程进行水解、醇解时，其构型完全保持不变（图8.5）。在此反应中，当亲核试剂（HO-)进攻时，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。应当是在

45、负氧离子的参与下先取代掉溴，而形成环；再与氢氧根负离子发生取代图8.5 -溴代丙酸负离子水解的邻位参与示意图邻位参与的结果，生成环状化合物、促进反应速率，限制产物构型。【思考题】8-6将下列反应各组化合物按不同反应速度排序： 水解反应（SN1）速率:（1）a 2-甲基-2-溴丁烷 b 1-溴戊烷 c 2-溴丁烷（2）a 2-甲基-2-氯丙烷 b 2-甲基-2-碘丙烷 c 2-甲基-2-溴丙烷（3）水解反应（SN2）速率:（4）a 2-甲基-1-溴丁烷 b 2-甲基-3-溴丁烷 c 2-甲基-2-溴丁烷（5）a 2-环戊基-2-溴丁烷 b 1-环戊基-1-溴丙烷 c 溴甲基环戊烷8.4 一卤代烯

46、烃和一卤代芳烃8.4.1 分类对不饱和卤烃，由于性质上的特殊性，可分卤代烯烃与卤代芳烃。 1. 卤代烯烃与卤代芳烃烯烃分子中的一个或几个氢原子被卤素取代后的化合物，称作卤代烯烃。如卤乙烯，烯丙基卤等。芳烃分子中的一个或几个氢原子被卤素取代后的化合物，称作卤代芳烃或芳卤化合物。卤素可以取代芳环上的氢原子或芳环侧链上的氢原子，如氯苯，溴化苄等。   2卤代烯烃与卤代芳烃的分类按分子中卤原子与碳碳双键或苯环的相对位置可分为乙烯型卤代烃或苯基型卤代烃、烯丙基型卤代烯烃或苄基型卤代烃和隔离型（也称孤立型）卤代烯烃三类。1）乙烯式卤代烃或苯基型卤代烃氯乙烯分子错2）烯丙基式卤代烃或苄基

47、型卤代烃通式错3）.孤立式卤代烯烃或孤立式卤代芳烃8.4.2 物理性质卤代烯烃与卤代芳烃的主要物理性质见下页表8. 3。表8. 3 一些烯烃和卤代芳烃的物理常数卤代烃ClBrI折光率b.p /d420b.p /d420b.p /d420/n420m.p /CH2=CHX-131.2351161.4933562.037CH2=CHCH2X450.9106701.3981021.8494-31C6H5X1321.52441561.49501881.83081.6200-31C6H5CH2X1791.10021.5391-39o-CH3 C6H4X1591.08251.5268-35m-CH3 C6

48、H4X1621.07221.5214-48p-CH3 C6H4X1621.06971.51508o-C6H4X2180221287m-C6H4X2173217285p-C6H4X2175219285o-NO2 C6H4X245m-NO2 C6H4X236p-NO2 C6H4X239 8.4.3 化学性质 在卤代烯烃和卤代芳烃中，烃基的结构对卤代烃的活性有很大的影响。1. 与AgNO3 作用 用AgNO3 的醇溶液和不同烃基的卤代烷作用，会生成卤化银沉淀。根据卤化银沉淀生成的快慢，可以检测测卤代烃的活性次序。烯丙型，苄基型和三级卤代烃在室温下与AgNO3&

49、#160;的乙醇溶液迅速作用，生成AgX（沉淀）；一级、二级卤代烷一般要在加热下才能起反应；而乙烯式卤代烃和卤苯即使在加热下也不发生反应。因此，它们的化学活性次序可归纳如下：其中RX：3°卤代烷 > 2°卤代烷 > 1°卤代烷 当烃基结构相同，卤元素不同时，卤代烯烃和卤代芳烃中有如下次序：R-I > R-Br > R-Cl. 乙烯式卤代烃与烯丙基卤代烃对硝酸银反应的活泼差异很大，主要在于两者结构上的不同。乙烯卤和芳卤的偶极距比卤代烷小，其分子中C-X键键长比卤代烷短。一般C-Cl键长为0.177nm，而CH2=CHCl，

50、C-Cl键长0.172nm，(C-Cl较稳定)。造成这些差别的原因，一方面是与卤素直接相连的碳原子杂化态不一样；（电负性：sp2> sp3 ，C-Cl电子云密度大） 另一方面，是由于卤原子上未共用的p电子对与双键或苯环上的电子云相互作用，形成p-共轭体系。由于p-共轭的结果，电子云分布趋向平均化，因此C-Cl键的偶极距减小。（电子云靠近碳）键长则缩短。 图8.6 氯乙烯、苯乙烯的p-共轭 p-共轭的结果，使氯乙烯中的氯不如CH3CH2Cl中的氯活泼。由于CH2=CHCl中的C-Cl键电子云密度的增大，增加了C-Cl键的稳定性，因此，CH2=CHCl的氯不活泼。烯丙基式

51、CH2=CH-CH2Cl中的氯比CH3CH2-Cl中的氯活泼。这是因为氯离解后生成的烯丙基正离子可以形成一种缺电子的p-共轭体系，电荷得到分散，使体系趋于稳定。因此氯丙烯比较容易离解产生碳正离子和氯离子，有利于SN1反应的进行。如：    图8.7 氯丙烯过渡态示意图 当烯丙式按SN2历程发生反应时，由于-碳相邻键的存在，可以和过渡态电子云交盖，使过渡态能量降低，从而也有利于SN2反应进行。2. 卤乙烯与HX的加成由于p-共轭效应主导着反应的方向，以马氏产物为主。3. 芳卤代烃与Mg，Li的反应若卤原子直接与苯环相连，与卤乙烯相似，其活性小，形成格氏试剂

52、较困难。如果制备格式试剂，需要在一定温度和压力下，以THF作溶剂。4. 溴（碘）代芳烃可以和有机锂发生交换反应而得芳基锂氯代芳烃不能进行这个反应。【思考题】8-7将下列反应各组化合物按照对AgNO3(乙醇溶液)的反应速度排序：（1）a 2-氯丙烯 b 2-甲基-2-氯丙烷 c 2-苯基-2-溴丙烷（2）a 1-氯丙烷 b 1碘丙烷 c 1溴丙烷（3）a (CH3)3C- Br b CH3 (CH2)2C- Br c (CH3)2 CH2C-I8-8回答下列问题下：列化合物与C2H5Na(乙醇溶液)的反应速度排序，为什么？ (1) (2) 8.5 卤代烃的制备8.5.1 由烃制备1烃的卤代 在光

53、照或高温条件下，烷烃可直接与卤素发生卤代反应，常用的是氯代烷。 往往得复杂组成的生成物，在合成中少用。 RH + X2 RX + HXCH4(过量) + Cl2 CH3Cl + HCl对于烯丙基溴，常用N-溴代丁二亚酰胺(N-Bromosuccinimide，缩写NBS)与烯烃的-卤代反应的方法制备。例如; ； 历程：NBS在这里是与存在于反应中的极少量HBr反应而产生少量的溴。该步反应发生在饱和碳上NBS实际上是起了供应Br2的作用。但由于Br2是不断的少量生成的，因而始终使Br2保持在很低的浓度，提高了溴代的选择性，此外，这一反应在非极性溶剂（CCl4）中进行的，抑制了HBr或Br2的加成。2与不饱和烃的加成不饱和烃与卤素、卤化氢加成，可生成多种卤代烃。例如：RCH=CHR+ X2 RCHXCHXRRCH=CH2 + HX RCHXCH3RCCH + X2 RCX=CHX RCX2CH X2 CH3CH=CH2 + Br2 CH3CHBrCH2BrCH3CH=CH2 + Cl2 ClCH2CH=CH23氯甲基化反应 在无水氯化锌存在下，芳烃与甲醛和氯化氢作用，芳环上的氢可被氯甲基（CH2Cl）