大学有机化学第五章-卤代烃.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,广东药学院 詹海莺,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,广东药学院 詹海莺,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,广东药学院 詹海莺,*,溴甲烷,溴甲烷是一种常用的,昆虫熏蒸剂,，它的作用来源于其强大的毒性。溴甲烷和鸟嘌呤分子（DNA的一个组成部分）中一个氮原子之间的亲核取代反应，可能引起细胞功能的严重异常，足以引起癌变。,20世纪90年代起，世界各国政府出于安全考虑都趋于停止使用这种薰蒸剂，前段时间也被联合国环境规划署叫停。但是，时至今日，它还是在全世界范围内普遍使用。,鸟嘌呤,1,广东药学院 詹海莺,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,。,由于,RX,性质一般较活泼，能发生多种化学反应而转变成各种其它类型的化合物，所以卤代烃在有机合成中占有很重要的地位。,卤代烃的结构通式：,RX,2,广东药学院 詹海莺,卤代烷烃,卤代烯烃,卤代芳烃,伯卤代烃:,CH,3,X,仲卤代烃:,(CH,3,),2,CHX,叔卤代烃:,(CH,3,),3,CX,一卤代烃,二卤代烃,多卤代烃,氟代烃,氯代烃,溴卤烃,碘代烃,RX,1、分类,一、分类和命名,3,广东药学院 詹海莺,3-甲基-5-氯庚烷(3-Chloro-5-methylheptane),2-氯丙烯,2-Chloropropene,1-氯-2-丁烯,1-Chloro-2-butene,有些卤代烃用习惯名称。例如：三氯甲烷,CHCl,3,称为,氯仿,；三碘甲烷,CHI,3,称为,碘仿,。,6,广东药学院 詹海莺,课堂练习,:,命名下列化合物并按伯仲叔分类,2-甲基-4-氯戊烷,1-苯基-3-氯丁烷,(E)-3-甲基-1-碘-2-庚烯,7,广东药学院 詹海莺,卤代烃的制备,1 由烷烃制备,烷烃氯代一般生成各种异构体的,混合物,，只有在,少数情况,下可以用氯代的方法制备较纯的,一氯代物,。,烷烃溴代的选择性比氯代高：,大于96%,氯代环己烷,8,广东药学院 詹海莺,2 由烯烃制备,烯烃与HX或X,2,加成，可方便地得到,一卤代,或,二卤代烃,。,9,广东药学院 詹海莺,3 由炔烃制备,炔烃与HX或X,2,加成，可得到,一卤代,或,多卤代烃,。,10,广东药学院 詹海莺,4 由芳烃制备,芳烃在不同条件下进行,芳环的卤代,或,芳环-侧链的卤代,均可得到卤代烃。,5 由醇制备,醇分子中的羟基用卤原子置换可得到相应的,卤代烃,，常用的卤化剂有HX，PX,3,，PX,5,，SOCl,2,等。,11,广东药学院 詹海莺,二、卤代烃的物理性质,1.形态：,bp、mp比相应的烷烃高,。,2.溶解性,：不溶于水，能与烃混溶，并能溶解许多非极性及弱极性有机物。,3.密度,：R-,Cl,R-,Br,Cl Br I,R,的空间位阻小,a-,碳,正电性大,C,X,键易解离,有利因素,生成的正碳离子稳定,C,X,键易解离,有利因素,40,广东药学院 詹海莺,S,N,2,机理与烷基的结构,相对速率,相对速率,空间位阻效应,电子效应,41,广东药学院 詹海莺,S,N,2,机理与取代基,体积,相对速率,主要原因：,空间位阻效应,42,广东药学院 詹海莺,S,N,1,机理与烷基的结构,相对速率,相对速率,正碳离子稳定性,空间效应（消除,X,减少基团拥挤）,43,广东药学院 詹海莺,（2）亲核试剂的影响,亲核能力,浓度,亲核试剂,S,N,2,机理,S,N,1,机理,亲核能力强,浓度大,有利因素,亲核能力、浓度,与决速步骤无关,S,N,2,速率,k,RX,Nu,S,N,1,速率,k,RX,44,广东药学院 詹海莺,问题,1,：,如何衡量亲核试剂的亲核性？,问题,2,：,亲核性与碱性的关系如何？,所有的亲核试剂都是碱，,所有的碱也都是亲核试剂,定义,亲核性：,有未共用电子对的负离子和分子与,正电性碳,原子的反应能力,碱 性：,有未共用电子对的负离子和分子与,质子,的反应能力,测量方法,亲核性：,测定亲核试剂与某一底物进行,S,N,2,反应的相对速率，速率快者亲,核性强。,（动力学参数）,碱 性：,测定碱与H,2,O的反应，平衡常数Kb大者碱性强。,（热力学参数）,如,45,广东药学院 詹海莺,同种或同周期中心原子的亲核性与碱性顺序大致相同,未共用电子对在氧原子上,同一周期原子,同族中心原子亲核性与碱性顺序不相一致,（受溶剂影响）,质子性溶剂中,46,广东药学院 詹海莺,（3）溶剂极性对反应机理的影响,极性大：,对极性大（电荷密度集中）体系有利。,极性小：,对极性小（电荷密度分散）体系有利。,S,N,2 机理,S,N,1 机理,电荷密度集中,（极性大）,电荷密度分散,（极性减小）,极性较小,极性增加,低极性溶剂对稳定过渡态有利,极性溶剂对稳定过渡态有利,47,广东药学院 詹海莺,各种影响亲核取代机理的因素总结,对S,N,2有利的因素,对S,N,1有利的因素,48,广东药学院 詹海莺,（4）离去基团对取代反应的影响,离去基团,L,eaving Group,好离去基团的条件：,是稳定的弱碱,碱性顺序,强,弱,离去相对速率,10,-2,1 50,150,好离去基团,49,广东药学院 詹海莺,溶于丙酮,碘离子的亲核取代问题,利用碘离子促进（催化）反应行,通过卤素交换制备碘代物,碘离子的,高亲核性,和,好离去性,溶解性能的差别,不溶于丙酮,S,N,2,50,广东药学院 詹海莺,亲核取代反应的两种机制在反应中是同时存在、相互竞争的，只是在某一特定条件下哪种机制占优势的问题。,S,N,2易,S,N,1易,S,N,2 和 S,N,1,按 S,N,2 变难,按 S,N,1 变易,51,广东药学院 詹海莺,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-CH,2,CH,2,-,OH,+,X,-,R-CH=CH,2,+,HX,52,广东药学院 詹海莺,在这类反应中，卤代烷除失去 X 外，还从,碳原子上脱去一个 H 原子,故称为,-消除反应,。,由于叔卤代烷有3个,b,-C,，其上的H均有可能消除，故发生消除反应的活性顺序是:,叔卤代烷 仲卤代烷 伯卤代烷,53,广东药学院 詹海莺,(一)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,即,主要是从含 H 较少的,-C 上脱氢,。此称为,Saytzeff 规则,。,54,广东药学院 詹海莺,问题:完成下列反应,55,广东药学院 詹海莺,(二)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,：,3,RX,2,RX,1,RX,56,广东药学院 詹海莺,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,57,广东药学院 詹海莺,(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。,58,广东药学院 詹海莺,通常，伯卤代烷的,S,N,2,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,主要起,S,N,2,反应。,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S,N,2,而有利于E2。,59,广东药学院 詹海莺,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S,N,1反应。有强碱性试剂存在时,主要发生E2反应。,碱性指试剂与,H,+,结合的能力,而亲核性则指试剂与,C,结合的能力。亲核试剂一般都具有未共用电子对,所以既表现亲核性,也表现碱性。碱性强的试剂,有利于,E2,反应；亲核性强的试剂，则有利于,S,N,2,反应。,60,广东药学院 詹海莺,一般情况下，提高温度更有利于消除反应。,61,广东药学院 詹海莺,极性溶剂对S,N,1和E1反应有利，而对S,N,2和E2反应不利，因为后者的过渡态或中间体电荷分布比底物电荷分布更分散,而且E2过渡态比S,N,2过渡态的电荷更分散。,62,广东药学院 詹海莺,消 除 增 加,R-X=CH,3,-X，1，2，3,1.卤代烃的结构对消除和取代反应有以下的影响：,将影响两类反应的因素一般归纳如下：,取 代 增 加,因此,制烯烃一般用叔卤代烃,而,制备醇时一般用伯卤代烃.,2.试剂的碱性,碱性越强,浓度越大,越有利于消除,3.溶剂的极性,低极性溶剂有利于消除,4.温度的影响,升高温度有利于消除,63,广东药学院 詹海莺,三、不饱和卤代烃的取代反应,烯丙型/苄型卤烃 孤立型卤烃 乙烯型/苯型卤烃,这些卤代烃的亲核取代反应活性与,卤原子和 p 键相对位置,有关。,按照卤,原子,和 p 键的相对位置可将卤代烯烃及卤代芳烃分为三类：,64,广东药学院 詹海莺,(一)乙烯基卤代烃,X,直接与双键碳原子相连。由于,p,-,共轭作用,CX,键具有部分双键的性质，键较牢固。,（H）R-CHCH,X,p-,共轭使C-X键的电子云密度增加，极性减弱。,65,广东药学院 詹海莺,这类卤代烃的化学活性差，卤原子不易被取代,与,AgNO,3,/醇溶液,不作用。,66,广东药学院 詹海莺,(二)烯丙基卤代烃,(H)RCHCHCH,2,X,C,6,H,5,-CH,2,X,化学性质很活泼,容易发生亲核取代反应。因为在反应过程中容易形成较稳定的正碳离子中间体或过渡态。,较稳定的正碳离子,较稳定的过渡态,67,广东药学院 詹海莺,烯丙基和苄基卤代烃在室温下就能与硝酸银醇溶液发生反应，生成卤化银沉淀。,68,广东药学院 詹海莺,(二)孤立型卤代烃,CH,2,=CH(CH,2,),n,-,X,C,6,H,5,(CH,2,),n,-,X,(,n2,),孤立型卤代烃中卤原子与不饱和体系不能形成,p,-共轭,反应中生成的正碳离子也不存在,p,-共轭效应,其活性介于,乙烯型,和,烯丙型,之间，,与一般卤代烃相同。,69,广东药学院 詹海莺,问题:完成下列反应,烯丙型/苄型卤烃 孤立型卤烃 乙烯型/苯型卤烃,上述3类不饱和卤烃进行取代反应的活性次序为:,？,70,广东药学院 詹海莺,四、卤代烃与金属反应,卤代烃能与,Mg、Li、Na、K、Al,等多种金属反应生成含,CM,键的,金属有机化合物,。,71,广东药学院 詹海莺,利用,Grignard,试剂与,CO,2,反应可以制备多1个碳原子的羧酸。,利用Grignard试剂与醛酮的反应可制备各种醇:,醇类,72,广东药学院 詹海莺,Grignard 试剂若遇到含活泼氢的化合物(如水、醇等)，则立即分解生成烷烃。,因此，制备Grignard试剂必须用无水溶剂，在操作时也要采取隔绝空气中湿气的措施。,73,广东药学院 詹海莺,1.分类、命名、结构,伯、仲、叔(1,2,3,)卤代烃,卤代烷烃；卤代烯烃；卤代芳烃,乙烯基/芳基卤代烃；烯丙基/苄基卤代烃；隔离型卤代烃,2.性质,亲核取代;反应机制(S,N,1,S,N,2)及影响因素,消除反应及反应机制(E1,E2),Saytzeff,规则,;,与金属反应及其应用:,Grignard 试剂,本,章,要,点,Byebye！,上页,首页,74,广东药学院 詹海莺,习题,1.卤烷与NaOH在水与乙醇混合物中进行反应，下列现象中,属于S,N,2历程的是（）。,A:产物的构型完全转化 B:有重排产物,C:生成外消旋产物 D:叔卤烷速度大于仲卤烷,2.下列四个溶剂,相对密度大于1的是：(),A 正庚烷 B 环己烷 C 乙醚 D 1,2-二氯乙烷,3.下列化合物与硝酸银/乙醇溶液反应的活性最大的是（）,2-,甲基,-2-,溴丙烷,B.2-,溴丙烷,C.2-,溴,-2-,苯基丙烷,4.,下列化合物进行,SN2,反应的速率最大的是（）,A.1-,溴丁烷,B.2,2-,二甲基,-1-,溴丁烷,C.2-,甲基,-1-,溴丁烷,D.3-,甲基,-1-,溴丁烷,75,广东药学院 詹海莺,