汪小兰有机化学第六章卤代烃

1、第 六 章 卤代烃（alkyl halides）,教学目的和要求： 1.了解卤代烃的分类和制法. 2.掌握卤代烃的命名及化学性质. 3.理解卤烷亲核取代反应和消除反应的历程及影响因数。 4.了解烃基对卤原子活泼性的影响。 教学重点、难点： 卤代烃的化学性质、卤烷亲核取代反应和消除反应的历程。,6.2 卤代烷的制法,1. 烷烃卤代。,2. 醇与SOCl2、HX或PX3(X=I, Br,Cl)反应。,3. 烯烃与HX加成或由烯烃a-H卤代。,4. X2(X=Br, Cl)与烯烃反应制邻二卤化物。,6.3 卤代烷的物理性质( 自学),6.1 卤代烷的分类和命名( 自学),6.4.1 亲核取代反应 (

2、Nucleophilic Substitution Reaction),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。,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。,6.4 卤代烷的化学性质,1. 亲核取代反应的机理及其立体化学,1）双分子亲核取代反应 (SN2) 机理及其立体化学,No CH3Cl OH- Rate(mol L-1 S-1) 1 0.0010 1.0 4.910-7 2 0.0020 1.0 9.810-7 3 0.0010 2.0 9.810-7 4 0.0020 2.0 19.610-7,-,-,-,-,反应一步完成。过渡态

3、为势能最高点、控制反应速率，双分子 参与。双分子亲核取代(SN2)。,R S,Walden (瓦尔登 ) 转化。构型转化是SN2反应的立体化学特征。,为什么亲核试剂总是从离去基团的背面进攻中心碳原子？,基团的排斥；过渡态能量；亲核试剂与离去基团的距离。,rac / exc = 2,= k1(CH3)3CBr,2) 单分子亲核取代反应(SN1)机理及其立体化学,E,决定速率步骤仅涉及一 种分子(底物)。单分子 亲核取代(SN1) 。,50% 50% 外消旋产物,进攻概率相等,SN1反应的立体化学特征是外消旋化。,但，实际上外消旋化往往伴随某种程度的构型转化：,离子对机制解释：,较大的外消旋化百分

4、比说明主要发生了SN1反应。,SN1反应的另一个特点：反应伴有重排。, 试解释 (S)-3-甲基-3-溴己烷在水-丙酮中反应, 结果 旋光性消失的实验事实。,讨论,SN1, 写出下列反应的产物结构（用构型式表示）,2. 影响亲核取代反应速率的因素,1）烃基结构的影响,在SN2反应中,主要影响因素是位阻效应(steric effect)或称空间效应。,空阻越大，SN2 反应速率越小。,在SN1反应中,RBr在HCOOH-H2O中水解反应相对速率,生成碳正离子稳定，所需活化能低，反应速率快。,离解成碳正离子的倾向：, 从烷基结构看亲核取代反应的活性：, 苯甲型和烯丙型卤化物进行SN1或SN2反应，

5、活性都较高。,在SN1反应中(中间体)：,在SN2反应中(过渡态)：, 下列每一对化合物，哪一个更易进行SN1反应？,(B),(A), 下列每一对化合物，哪一个更易进行SN2反应？,(B),(B),讨论, 乙烯型卤化物与芳香型卤化物是否容易发生亲核取代反应， 为什么？,p-共轭使C-X键具有部分双键的性质,2）离去基团卤原子的影响,C-X键弱，X-容易离去；C-X键强，X-不易离去；,X-离去倾向：I- Br- Cl- F-,离去基团(X-)在亲核取代反应中的相对速率,C-X键强弱与X-的电负性有关、与碱性强弱有关。,碱性较弱的基团是好的离去基团。碱性较强的基团是不好的 离去基团。如：RO-

6、OH- NH2-是不好的离去基团。,一些酯的酸根是好的离去基团。,3）亲核试剂的影响,对SN1反应影响不大。在SN2反应中:,试剂的亲核性与试剂的浓度、碱性及试剂的可极化性有关。,a. 在亲核原子相同的一组亲核试剂中，亲核性顺序与碱性一致。 碱性越强，亲核性越强。,b. 在同一周期中的各种原子，其亲核性顺序与碱性一致。,c. 在同族元素中，周期高的原子亲核性大。,d. 负离子的亲核性大于它的共轭酸,4）溶剂极性的影响,+ -,过渡态因溶剂化而稳定，活化能降低，反应速率加快。,溶剂 乙醇 乙酸 醇 水=2 3 醇 水=1 4 水 相对速率 1 2 100 14000 105,在SN1反应中，增加

7、溶剂的极性或使用质子溶剂，有利于卤 代烷的离解。,- -,卤负离子溶剂化程度：F- Cl- Br- I- 卤负离子亲核性顺序： I- Br - Cl- F-,在非质子偶极溶剂中，负离子的亲核性比溶剂化的负离子大， 有利于SN2反应。,SN2反应中, 增加溶剂极性, 使负离子亲核试剂溶剂化, 降低 试剂的亲核性，反应速率减慢。,1.2106,非质子偶极溶剂的结构特征： 偶极正端藏于分子内部，偶极负端露于分子外部。,（不带电荷的试剂）,1,1. 预测下列反应能否顺利进行,2. 增加溶剂的极性对下列反应速率有何影响？,讨论,3 成环的SN2反应与卤代环烷烃的SN2反应,离去基团和进攻试剂处于分子内合

8、适的位置，易发生分子内 的SN2反应。 SNi (Substitution Nucleophilic internal),五元、六元环，成环时环张力小，过渡态势能低、活化能低， 成环反应容易进行。,卤代环烷烃的SN2反应,反应活性与过渡态势能有关。,-,-,-,-,4 邻基参与,SNi2,邻基参与使反应速率加快。,K : K = 3103 : 1,邻基参与使产物具有一定的立体化学特征, 即构型保持。,反应经历环状过渡态, 邻基参与有时得到一定构型的重排产物。,5 生物亲核取代, 生物甲基化,胆碱 (Choline)存在于生物体内, 是生物体代谢的中间产物, 有抗脂肪肝的作用。,邻基参与的主要类

9、型：,（1）含杂原子的邻近基团（如：COO-、OH、OR、NH2、 SR、Cl、Br、I .） （2）邻近双键参与 （3）邻近芳基参与,-消除反应、1，2-消除反应,6.4.2 消除反应 (Elimination reaction),2. E2机制,-,-,1. 消除的取向saytZeff(查依切夫)规则,氢从含氢较少的碳上脱去，生成取代基较多的稳定烯烃。,消除需符合共平面几何要求（H-CC-X 共平面）,反式共平面消除 （能量低）,顺式共平面消除,当反式不能消除时用顺式消除,C-H键和C-X键的断裂、键的形成协同进行，经过渡态一步完成。底物与试剂参与形成过渡态。双分子消除。,反应速率=RXB

10、-,对位交叉构象 重叠构象,反式共平面消除,反式消除与顺式消除其过渡态能量比较：,?,3. E1机制,反应经历碳正离子中间体，伴有重排发生。,反应速率=RX,4. 邻二卤代烷失卤素,共平面反式消除。中间体：碳负离子。,1) 碘化物与邻二卤代烷作用,2) 金属锌与邻二卤代烷作用,6.4.3. 亲核取代与消除反应的竞争,SN2与E2：,试比较六氯环己烷各种异构体与碱作用进行消除反应时，哪 一个反应速率最慢？,-体 -体 -体 -体 -体,SN1与E1：,1. 烷基结构的影响,2. 试剂的影响,强碱、位阻碱或增加碱的浓度，有利于消除反应。,3. 反应温度的影响,4. 溶剂的影响（略）,讨论,1.下列反应主要是取代还是消除？,2.括号中哪一个试剂给出的消除/取代比值大？,6.4.4. 与 金属反应（M-C）,1. 有机镁化合物,制备格氏试剂的卤代烷活性：RIRBrRCl, 与氧、二氧化碳反应, 与活泼卤代烷发生偶联反应（形成碳碳键方法之一）,Grignard试剂很活泼。,