卤代烃 药本精品课件

1、卤代烃 药本第1页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二 卤代烷烃的结构通式： RX 烃分子中的氢原子被卤素取代而生成的化合物称卤代烃。卤原子(F、Cl、Br、I)是卤代烃的官能团。 卤代烃的结构第2页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二碳原子为sp3杂化第3页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二X= F,Cl, Br, I卤素的电负性比碳大，是碳卤键成为极性共价键，成键电子对偏向卤素，碳原子为正电中心，卤原子为负电中心。第4页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二 卤代烃的分类 卤代烷烃 卤代烯烃 卤代芳烃 伯卤代烃: CH

2、3X 仲卤代烃:(CH3)2CHX 叔卤代烃: (CH3)3CX 氟代烃 氯代烃 溴卤烃 碘代烃 RX 一卤代烃 二卤代烃 多卤代烃 第5页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二卤代烷烃的命名(一) 习惯命名法：“卤某烷” 或 “某基卤”。C2H5Cl 叔丁基溴 乙烯基氯(氯乙烯) CH2=CHCl (CH3)3CBr 邻-溴甲苯（2-溴甲苯） 2-bromotoluene氯化苄（苄基氯）benzyl chloride 乙基氯(氯乙烷) 第6页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(二) 系统命名法 按照烷烃命名法编号，把卤素和支链作为取代基。按照次序规则排列，

3、使取代基位次和最小。将取代基依次写在母体名称之前。第7页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二母体官能团一般按照下面顺序进行选择。羧基，醛基，羟基，烯基或炔基，氨基，烷氧基，烷基，卤素，硝基，亚硝基注意加复习第8页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二2-甲基-1-溴丙烷1-Bromo-2-methylpropane 3-甲基-5-氯庚烷(3-Chloro-5-methylheptane)2-氯丙烯2-Chloropropene1-氯-2-丁烯1-Chloro-2-butene第9页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二沸点和熔点都比相应的烷烃高

4、。 不溶于水，能与烃混溶，并能溶解许多有机溶剂。氯代烃、溴代烃和碘代烃比重大于1。许多卤代烃有强烈气味。 卤代烃蒸气有毒。卤代烃在铜丝上灼烧时，产生绿色火焰，这是鉴定含卤素有机物的简便方法。 卤代烃的物理性质第10页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(1) (2)B- (1) : 亲核取代; (1) 和 (2) : 消除反应 + + - 卤代烷烃的化学性质第11页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二离去基底物亲核试剂亲核试剂(Nu )通常为含孤对电子的试剂如 :NH3，或带负电荷的试剂如OH-、CN-、RO-. 由亲核试剂对显正电性的碳原子进攻而引起的取代

5、反应, 称为亲核取代反应(nucleophilic substitution), 以SN表示。 （一）亲核取代反应第12页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(1) 被羟基 (-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。这个反应也叫水解。 常见的亲核取代反应 第13页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二 卤代烷与NaCN或KCN的醇溶液共热，X 被 CN取代，生成腈。 (2) 被氰基 (-CN) 取代 戊二酸 (Pentanedioic acid) H通过这个反应，分子中增加了碳原子。且腈中的CN可转变成其它官能团

6、。第14页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二卤代烷与醇钠(或酚钠)作用, X 被 -OR取代, 生成醚。RX + NaOR ROR+ NaX丙基异丙基醚(Isopropyl propyl ether) 这是制备混合醚的方法,叫Williamson 醚合成法。伯卤烷效果最好, 仲卤烷效果较差, 叔卤烷不能用 (易发生消除生成烯烃)。(3)被烃氧基 (-OR) 取代 第15页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二卤代烷与氨作用，生成胺。(4) 被氨基取代 反应得混合物，氨过量时主要生成伯胺。 第16页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(5)

7、被硝酸根取代不同卤素的活性顺序：RI RBr RCl 卤烃与AgNO3的醇溶液作用,生成硝酸酯和AgX 沉淀:不同烃基的反应活性：叔卤烷仲卤烷伯卤烷此反应可用于区别伯、仲、叔卤代烷。例如： 第17页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二综合以上反应，发现不同的卤代烷发生同一类反应的速率不一样如果卤代烷为手性分子时，发生一些反应后所得到的产物的构型有所变化。这些疑问都需要研究这些反应的机理，通过机理来解释结果和现象。第18页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(1)亲核取代反应的动力学研究二级反应一级反应不同的卤代烃表现出不同的反应速度方程，说明它们的反应机理是

8、不同的。 亲核取代反应机理的研究第19页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二一些卤代烷（如叔丁基溴的水解）反应速率仅取决于卤代烷的浓度, 即决定反应速率的反应是单分子反应，称单分子反应机制, 以 SN1 表示；而另一些卤代烷（如溴甲烷的水解）反应速率不仅取决于卤代烷的浓度，还与碱的浓度有关，决定反应速率的反应是双分子反应，称双分子反应机制，用SN2表示。(2)亲核取代反应机制第20页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二SN2和SN1历程 双分子亲核取代反应(SN2： BimolecularNucleophilic Substitution)以CH3Br的碱性

9、水解为例：第21页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二过渡态 第22页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二活化能 SN2反应的能量变化曲线 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。第23页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二SN2反应的立体化学： SN2反应的立体化学特征：中心碳原子的构型完全翻转(亦称Walden转化)。中心碳原子的构型翻转指中心碳上的四个键的骨架构型的翻转。第24页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二单分子亲核取代反应(SN1：Monommolecular Nucleo

10、philic Substitution)第25页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二活化能SN1反应的能量变化曲线第26页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二构型翻转产物构型保持产物HO-SN1反应的立体化学 第27页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二如果一个手性分子进行SN1时，其产物为外消旋体： 第28页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二SN1反应中的重排-为了得到更稳定的碳正离子第29页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二小 结SN1反应机理涉及碳正离子，能形成稳定的碳正离子的卤代烃按照此机理进

11、行亲核取代反应。SN2 反应机理涉及中间过渡态，空间位阻小的卤代烃易按照此机理进行亲核取代反应。第30页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二影响亲核取代反应机制的因素(1) 底物卤代烃的结构(2) 亲核试剂的亲核能力(3) 离去基的离去能力(4) 溶剂效应 第31页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(1) 卤代烃结构的影响 对SN2的影响：与X相连的C上连接的基团体积越小，越易进行SN2反应。 CH3X1o RX2o RX3o RXSN2反应活性叔卤代烷一般不按SN2机制进行。 第32页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二第33页，共65

12、页，2022年，5月20日，3点37分，星期二 对SN1的影响：有利于稳定正碳离子的因素就有利于SN1。比如烷基的供电子效应有利于稳定碳正离子中间体。SN1反应活性：第34页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二卤代烷对亲核取代反应的影响可以归纳为一般情况下，伯卤代烷的亲核取代总是以SN2机理进行，叔卤代烷以SN1机理机理进行。仲卤代烷两种机理都有可能，主要取决于亲核试剂和溶剂的性质。而且经常是一个反应中伴随着两种机理。第35页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二对于桥环卤代烷，当X位于桥头碳上时， 无论是SN1反应，还是SN2反应，均难以发生。如：第36页，

13、共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(2) 离去基团的离去能力 底物中离去基团的离去能力越强，无论对SN1 机理还是 SN2 机理都是有利的。故无论是 SN1 还是 SN2 机理，均有：R-I R-Br R-Cl R-F反应活性： 这一活性次序可从CX键的离解能和离去基团的碱性等方面来说明。第37页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二碱性弱的基团容易带着一对电子离开第38页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二在SN1反应中，决定反应速率的关键步骤只与卤代烷的浓度有关，故亲核试剂对SN1反应的影响不大。对于SN2反应，由于反应速率既与卤代烷的浓

14、度有关，又与亲核试剂的浓度有关，因此，亲核试剂的影响是至关重要的。试剂亲核能力的强弱取决于两个因素：a. 试剂的碱性(即给电子性)；b.试剂的可极化性。（3）亲核试剂的影响第39页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二亲核性和碱性之间的一般规律是: 不同的中心原子处于同一周期，并具有相同电荷的亲核试剂其亲核性和碱性是一致的。也就是电负性大的原子亲核性小，碱性也小。第40页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二中心原子为同种元素形成的不同亲核试剂其亲核性与碱性是一致的。 同一族中不同原子的亲核性和碱性顺序在质子溶剂中是相反的。I- Br-Cl-F- 碱性:第41页

15、，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二 同周期中的同种原子形成的不同亲核试剂与碱性也可以是不一致的。 (亲核试剂体积大小的影响)第42页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二可极化性系指分子中的电子云在外电场的影响下发生形变的难易程度。易形变者，可极化性大。在亲核取代反应中，可极化大的原子或基团，因形变而易于接近反应中心，从而降低了达到过渡状态所须的活化能，故亲核能力增强。显然，同族元素，随原子序数的增大，核对核外电子的束缚力，可极化性，亲核能力。第43页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(4) 溶剂的影响 质子型溶剂有利于SN1 反应机理。

16、因为能使离解下来的负离子溶剂化。也就是负离子可以与氢离子形成氢键而稳定存在于溶剂里。在卤代烷的亲核取代反应中，溶剂起着重要的作用。溶剂根据极性以及是否含有活泼氢可以分为质子型溶剂，非质子型偶极溶剂和非极性溶剂。质子型溶剂是指分子中含有可形成氢键的氢原子的溶剂。如 水，醇，羧酸等。第44页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二非质子型偶极溶剂是指分子中不含有可形成氢键的氢原子，其偶极正端埋藏在分子内部的溶剂。如 丙酮，二甲基亚砜，氯仿，吡啶等。 非质子型偶极溶剂有利于SN2 反应机理。因为能使亲核试剂不被溶剂化。亲核试剂的亲核能力比在质子型溶剂里强。第45页，共65页，2022年

17、，5月20日，3点37分，星期二（二）卤代烷的消除反应 CX 键的极性使得 - C 带部分正电荷，并通过诱导效应影响 - H，使其显酸性。正电性的- C 易受亲核试剂进攻, 发生取代反应；而显酸性的 - H 易受碱进攻, 卤代烃失去 - H 而发生消除反应(elimination,E)。R-CH2CH2-OH + X- R-CH=CH2 + HX 第46页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二1 消除反应的取向 对于仲和叔卤代烷, 消除反应可沿二个或三个方向进行。仲或叔卤代烃脱 HX 时, 主要产物是双键上烃基最多的烯烃, 称为 Saytzeff (查衣采夫)规则。第47页，共

18、65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二2 消除反应机制 (1) 单分子消除反应（E1） OR-快 正碳离子 烯烃 = kR-X E1 反应活性：3RX 2RX 1RX第48页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二(2) 双分子消除反应（E2） OR-OR-过渡态 E2 机制中, H 和 X 处于反式共平面位置离去,称为反式消除。E2 反应活性：3RX 2RX 1RX第49页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二实践表明：在按 E2 机理进行消除的反应中，一般情况下发生的是反式消除。如：3 消除反应的立体化学第50页，共65页，2022年，5月20日，

19、3点37分，星期二实践表明：在按 E1机理进行消除的反应中，通常对立体化学没有要求。反应经历碳正离子中间体，可能伴有重排发生，都是为了生成更稳定的烯烃。(CH3)2C=C(CH3)2E1第51页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二 (三) 消除反应与取代反应的竞争性 在多数情况下，卤代烷的消除反应和亲核取代反应同时发生，且相互竞争，两种反应产物的比例受卤代烷结构、试剂的碱性、溶剂的极性、反应温度等多种因素的影响。 第52页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二1 烷基结构的影响 通常，伯卤代烷的 SN2反应较快，E2反应较慢。无支链的伯卤代烷与强亲核试剂作用,

20、主要发生 SN2 反应。第53页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二仲卤烷和-C有支链的伯卤烷, 因空阻增加, 试剂难以从背面接近-C, 而易于进攻-H, 故不利于SN2, 而有利于E2。 第54页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二 叔卤代烷一般倾向于单分子反应，在无强碱存在时, 主要发生SN1反应。有强碱性试剂存在时, 主要发生E1反应。 第55页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二2 亲核试剂的影响 亲核性强的试剂有利于取代（进攻C）； 碱性强的试剂有利于消除（进攻H）。增加试剂用量有利于SN2、E2 （v SN2=k SN2 RXOH-, v E2=k E2 RXOH-） 减少试剂用量有利于SN1、E1 （v SN1=k SN1 RX, v E1=k E1 RX） 第56页，共65页，2022年，5月20日，3点37分，星期二3 溶剂的影响 极性