《医学卤代烃》ppt课件

1、第七章 卤代烃第一节 分类和命名第二节 卤代烃的性质 一、物理性质 二、化学性质 ( 取代、消除、与金属反响 ) 三、亲核取代反响历程 四、消除反响历程 五、亲核取代与消除反响的关系 六、卤代烯烃和卤代芳烃 七、多卤代烃的性质 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。卤代烃的构造通式： RX。 在有机体中含卤素的有机物不多。但许多卤代物具有生理活性。如CH2=CH-CH2-Cl、C6H5-CH2-Cl具有很强的催泪作用；氯霉素含Cl具有杀菌消炎作用；甲状腺素是一种含碘的有机物。许多卤代烃用作农药、溶剂、制冷剂、灭火剂、麻醉剂和防腐剂等。

2、由于RX性质普通较活泼，能发生多种化学反响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位置。第七章 卤代烃 (Halides)第一节 分类和命名一、分类一、分类1.按按R的构造的构造饱和卤代烃: C2H5Cl, Cl, (CH3)3C-Cl乙烯型 RCH=CH-X烯丙型 RCH=CHCH2-X孤立型 RCH=CH(CH2)n X不饱和卤代烃卤代芳烃苯型 ArCH=CH-X苄型 ArCH=CHCH2-X孤立型 ArCH=CH(CH2)n X2.按按C-X键键C的类型的类型伯卤代烃仲卤代烃叔卤代烃CH3CH2Cl CH2=CHCH2BrCH3CHCH3 Cl(CH3)3C-Cl

3、3.按按X的种类的种类氟代烃制法和性质特殊氯代烃、溴代烃、碘代烃4.按按X的数目的数目一卤代烃 CH3CH2Cl 用作部分麻醉剂多卤代烃HCI3 杀菌及和缓的防腐剂CF3CHClBr 新型强效低毒麻醉剂CF2Cl2 F12制冷剂 二、命名二、命名 普通命名法普通命名法; 俗名俗名; 系统命名法系统命名法1.普通命名法: 卤代某烃或某烃基卤。CHCl3三氯甲烷C2H5Cl氯乙烷 叔丁基溴叔丁基溴氯乙烯CH2=CHCl乙烯基氯 n-C4H9-Cl i-C4H9-Cl (CH3)3CBr氯仿正丁基氯异丁基氯乙基氯苯氯甲烷3-溴丙烯溴苯CH2=CH-CH2BrBrCH2ClCl CFClCl三氯氟甲烷

4、三氯氟甲烷苄基氯氯化苄氟利昂-11烯丙基溴选母体：烃作母体，将 X 和烃中的支链一样作为取代基来命名。配基： 优先基团后列出。2.系统命名： 编号：根据最低序列原那么将主链编号。CH3CH2CH-CH2CH2CH3 CH2Cl或：3-氯甲基己烷 -甲基-溴丙烷CH3CHCH2B rCH33 2 1H3CCHCHCH3CH3B r1 2 3 43-甲基-2-溴丁烷(错)2-甲基-3-溴丁烷4 3 2 12-乙基-1-氯戊烷CH2=CH-CH-CH2-Br CH3CH3 I1 2 3 4 5 6 7H3CCHCHCH2CHCHCH3ClICH3CH37 6 5 4 3 2 12，6-二甲基-3-氯

5、-5-碘庚烷3-甲基-4-溴-1-丁烯5-甲基-1-碘环己烯卤素取代芳环氢时，以芳烃作母体.Br BrCH3Cl CH2ClCl3,5-二溴甲苯对-氯苯氯甲烷1-氯甲基-4-氯苯2-氯萘卤素取代侧链时，以链烃作母体，卤素和芳烃都作基： CH-CH2CHCl2 CH33-苯基-1,1-二氯丁烷卤代芳烃的命名：卤代芳烃的命名：第二节第二节 卤代烃的性质卤代烃的性质一、物理性质一、物理性质1. bp、mp比相应的烷烃高。比相应的烷烃高。 2. 溶解性：不溶于水，而能与烃混溶，并能溶解许多非极性及弱极性有机物. 3. 密度： R-Cl R-Br X 键的极性序为键的极性序为CCl CBr CI，但通常

6、在化学反响中卤代烷所表现出来的活性正但通常在化学反响中卤代烷所表现出来的活性正好相反。为什么？好相反。为什么？对化学活性起决议作用的是键的极化度。二、卤烷的化学性质二、卤烷的化学性质2+-+亲核取代反响亲核取代反响消除反响消除反响与金属反响与金属反响XHRCHCH1. 取代反响取代反响CX + Nu()d+d+d-d- Nu C + X() 被羟基(-OH)取代() 被氰基(-CN)取代() 被氨基(-NH2)取代() 被硝酸根(-ONO2)取代(5) 被烃氧基(-OR)取代 (1) 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。这个反响也叫水解。RX

7、 + H-OHR-OH + HX 此反响常用于将-OH引入一些较复杂的分子中，由于有时直接引入-OH比直接引入-X更为困难。DRX + NaOH ROH + NaX (2) 被氰基取代： 卤代烷与NaCN或KCN的醇溶液共热，X被-CN取代，生成腈。Cl-CH2CH2CH2CH2-Cl + 2NaCN NC(CH2)4CN + 2NaCl乙醇 经过这个反响，分子中添加了碳原子。且腈中的CN-可转变成其它官能团。H2O己二酸己二胺H (3) 被氨基取代：卤代烷与过量氨作用，生成胺。RX + NH3(过量) RNH2 + HX生成的胺是碱,又与HX成盐：R-NH3 X或写成 RNH2HX (4)

8、被烃氧基取代：卤代烷与醇钠或酚钠作用，X被 -OR取代，生成醚。这是制备混合醚的方法，叫Williamson醚合成法。RX + NaOR ROR+ NaX (5) 被硝酸根取代 推测卤代烃的类型 卤烃与AgNO3的醇溶液共热,生成硝酸酯和AgX 沉淀：不同构造的卤代烃卤原子活性不同,产生AgX的速度不同。 叔卤代烃 伯、仲卤代烃 RCH=CHCH2-X 孤立型(伯、仲) CH2=CH-X(乙烯型)加热才起反响加热也不反响室温迅速生成AgXProblem 1：鉴别：鉴别 C6H5-CH2-Cl， C6H5-CH2-CH2-Cl， C6H5-ClC6H5-CH2-Cl， C6H5-CH2-CH2-

9、Cl，C6H5-Cl乙醇/ DRX + AgONO2 R-O-NO2 + AgX 在上述反响中，卤代烷称为底物。与卤原子相连的C叫a 碳原子，它带部分正电荷，是反响的中心。 进攻试剂都有较大的电子密度，具有亲核性亲核试剂(Nucleophilic reagent, Nu: or Nu:-). 底物受Nu:进攻，CX键异裂，X原子分开底物分子，故称为离去基(Leaving group, L). 由亲核试剂进攻底物分子中带部分正电荷的中心而引起的取代反响，叫亲核取代反响，以 SN 表示。CX + Nu() Nu C + X底物底物d+ d-d+ d-亲核试剂亲核试剂离去基离去基Problem 2:

10、1. CH3CH2-Br Na HS Na I ONaCH3CO2Na2. H2N-CH2CH2CH2CH2Cl CH3CH2-SH (硫醇)CH3CH2-I (卤素互换反响)CH3CH2-O (芳醚)CH3CO2CH2CH3 (酯)NH 影响亲核取代反响的要素主要有：1. RX中R的构造(在反响历程部分讨论)；2. 亲核试剂的亲核才干: HS- RS- CN- I- NH3 OH- Br- OR- Cl F- H2O3. 离去基的性质: -I -Br -Cl -F (氟代烃难发生取代反响) 2. 消除反响(b-Elimination) 由分子中脱去一个小分子(如HX、H2O等)构成不饱和构造

11、的反响称为消除反响。以 E 表示。RCHCH2 + KOH RCH=CH2 + HX H X乙醇Dba 卤代烷除了a碳上脱去 X 外，还从 b 碳上脱去H，故又称为 b-消除反响。由于叔卤代烷有3个b-C，其上的H均有能够消除，故发生消除反响的活性：叔卤代烷叔卤代烷 仲卤代烷仲卤代烷 伯卤代烷伯卤代烷 对于仲卤代烷和叔卤代烷，消除反响可沿二个或三个方向进展。CH3CH2CHCH3 CH3CH=CHCH3+ CH3CH2CH=CH2 BrKOH/EtOHD2-丁烯 (81%) 1-丁烯 (19%)CH3CH2-C-CH3 CH3CH=C-CH3 + CH3CH2C=CH2 BrKOH/EtOHD

12、CH3CH3CH32-甲基-2-丁烯 71% 2-甲基-1-丁烯 29% 主要产物是双键上烃基最多的烯烃(最稳定的烯烃)(为什么？)，即：仲或叔卤代烃脱 HX 时，主要是从含H较少的b-C上脱氢。此称为Saytzeff规那么。 卤代烃能与多种金属如Mg、Li、Na、K、Al等 反 响 生 成 C M 键 的 金 属 有 机 化 合 物(Organometalic compounds).RX + Mg R-Mg-X (烃基卤化镁)无水乙醚 格氏试剂构造中的 C M 键极性很强，常可起碳负离子的作用，具有很强的亲核性。它可与其它有机物中带部分正电荷的碳原子衔接构成新的CC键加长碳链。d- d+d-

13、 d+这种产物叫格氏试剂(Grignard reagent).3. 与金属反响与金属反响CH3CHCH2-Br CH3d- d+d- d+CH3CHCH2-MgBrCH3Mg无水乙醚CH3CHCH2-Br CH3 CH3OCH3CHCH2C-OH合成合成 d+ d-O = C = O低温低温CH3CH3CHCH2-C-O-MgBrOCH3CHCH2C-OH + MgCH3O OH BrH+/H2O2-甲基丁酸H+/H2OR-CH2-O-MgX RMgXRXMg无水乙醚HC = O H OH XMgR-CH2-OH +RXR-CH2-OH 合成合成 格氏试剂很易与含活泼H的化合物如 H2O、R-

14、OH、R-NH2 等反响生成相应的烃。RMgX + H-OH RH + Mg(OH)X 所以在制备格氏试剂时必需防止这些物质的存在，并采取隔绝空气中湿气的措施。 由于格氏试剂在有机合成中有广泛的运用，故有“有机合成中的万能试剂的美称。Victor Grignard 因此获得1912 Nobel化学奖。RMgX+RH+Mg(OR)XROHBond being made1. 双分子亲核取代反响双分子亲核取代反响(SN2) 如如CH3Br的碱性水的碱性水解：解：HO- +BrNucleophilic backside attackHO快Inversion of configuration at ca

15、rbon慢HOBrTransition stateBond being brokend-d-d-d-三、亲核取代反响历程三、亲核取代反响历程碘甲烷碱性水解历程：碘甲烷碱性水解历程：SN2(2) 反响速度反响速度 r = kCH3BrOH-, 为二级反响；为二级反响；(3) 伴随构型转化伴随构型转化(Valden inversion). SN2历程的特点：历程的特点：(1) 反响延续而不分阶段；反响延续而不分阶段；过渡态过渡态Ea正正Ea逆逆Stereochemical Evidence for SN2 Mechanism:HO- +BrC2H5CH3HOptically pureHOC2H5C

16、H3H+ Br -Optically pure, 100% inverted configuration(1)(2)CH3HHBr+ :OH- CH3HH+ Br-OHOnly product 对于SN2历程，亲核试剂OH-是从X原子的反面进攻的，假设中心碳原子的3个 H 逐个换为-CH3，由于CH3的体积比 H大，妨碍OH-接近中心碳，使反响速度变慢，中心碳上连的取代基越多，体积越大，反响速度就越慢。这种立体效应称为空阻效应。 CH3 CH3CH3Br CH3CH2Br CH3-CH-Br CH3 -C-Br CH3SN2反响速度比较：200,0001,000 12 1RI RBr RCl

17、RF (极化度,离去基的碱性) SN2反响的难易主要取决于卤代烷空间位阻的大小，空间位阻愈小，愈易按SN2反响.叔卤代烷普通不按SN2历程进展。碘代相对速度:2. 单分子亲核取代反响历程单分子亲核取代反响历程(SN1)(CH3)3C-Br + OH- (CH3)3C-OH + Br -单分子历程可分为2步：(1) (CH3)3C-Br(CH3)3CBr (CH3)3C+ + Br-Slowd+ d-(2) (CH3)3C+ + OH- (CH3)3COH(CH3)3C-OH Fast过渡态 B 产物d+ d- 由于在决速步(1)中只需1个叔丁基溴参与反响(仅涉及CX键的断裂)，叫做单分子历程S

18、N1。过渡态 A叔卤代烷在碱性溶液中的水解是按单分子历程进展的。叔正碳离子CH3CH3CH3CCH3BrCH3CH3CH3CH3OHCH3HOCH3CH3CH3 -Br-+构型转化HO-构型坚持(1) 反响分两步进展；反响分两步进展；(2) 有正碳离子生成有正碳离子生成;(4) 产物构型外消旋化；产物构型外消旋化；(3) 反响速度反响速度 r = kRX，为，为1级反响；级反响；SN1历程的特点：历程的特点：(5) 常伴随重排产物常伴随重排产物CH3CC6H5HH HOClHC6H5CH3Slow水解-H+/FastOHHC6H5CH3HOHC6H5CH3+构型翻转：51%构型坚持：49% (

19、98%racemization、2%invertion, Why?) S o m e v e r y elegant mechanistic work demonstrates that alkyl halides often exist in ion pairs that is R+X- i n s o l v o l y s i s reactions.Cl-H2OSN1 condition CH3CH3CCH2 + I- CH3 1o carbocation+SN1反响常伴随重排产物反响常伴随重排产物 CH3CH3CCH2 I CH3 CH3CH3CCH2 CH3 + 3o carboc

20、ation CH3CH3CCH2 OH CH3 No rearranementH2O/OH-SN2 conditionCH3-migrate CH3CH3CCH2 CH3 OH rearranement productH2O,-H+1电子效应：烷基的供电子效应及电子效应：烷基的供电子效应及CH s,p-超共轭效应有利于稳定碳正离子中间体。超共轭效应有利于稳定碳正离子中间体。有利于稳定正碳离子的要素就有利于有利于稳定正碳离子的要素就有利于SN1。影响SN1反响的要素： CH3 CH3CH3-C-X CH3-CH-X CH3CH2-X CH3-X CH3SN1反响速度：叔卤代烃反响速度：叔卤代烃

21、仲卤代烃仲卤代烃 伯卤代烃伯卤代烃+ - 2立体效应：a-C上取代的烷基数目添加，空间妨碍作用也增大，这虽不利于SN2，却有利于SN1反响空助效应。对于SN1，空助效应与电子效应是一致的。H3CCCBr3HC3H叔丁基溴叔丁基正碳离子_OH_OHSP23CCH3C3HCH Question 3: Arrange the following compounds in order of increasing SN1 reactivity: C(CH3)3 CH(CH3)2 C(CH3)3(CH3)3C-C-Br CH3-C-Br (CH3)3C-Br C2H5-C-Br C(CH3)3 CH3 C

22、2H5 AB C D 亲核取代反响的两种历程在反响中是同时存在、相互竞争的，只是在某一特定条件下哪种历程占优势的问题。 CH3 CH3 CH3X CH3CH2X CH3-CH-X CH3 -C-X CH3空阻小SN2易供电效应及空间效应大SN1易SN2 and SN1按按SN2变难变难,按按SN1变易变易 烃基构造对历程的影响烃基构造对历程的影响电子效应电子效应 主要影响主要影响 SN1历程历程 立体效应立体效应 主要影响主要影响 SN2历程历程 亲核试剂的亲核才干对历程的影响亲核试剂的亲核才干对历程的影响 溶剂极性大小对历程的影响溶剂极性大小对历程的影响 亲核试剂对亲核试剂对SN1SN1历程

23、影响不大。历程影响不大。 亲核试剂的亲核性越强，体积越小，那亲核试剂的亲核性越强，体积越小，那么么SN2SN2反响速率越快。反响速率越快。 溶剂极性大有利于SN1历程(能稳定碳正离子)，溶剂极性小有利于SN2历程.四、消去反响四、消去反响(Elimination)的历程的历程解离：(CH3)3C-Br (CH3)2C+-CH2 + :Br - HSlowa b去H+： (CH3)2C+- CH2 (CH3)2C=CH2 + H+ H OR-Fasta b1. E1：单分子消去历程：单分子消去历程 E1反响的速度只与卤代烷浓度成正比：反响的速度只与卤代烷浓度成正比：r = kR-X。 E1与与S

24、N1一样分两步进展，它们常同时发生。有利于一样分两步进展，它们常同时发生。有利于SN1的要素也有利于的要素也有利于E1 ，即反响速度有：，即反响速度有： 叔卤代烃叔卤代烃 仲卤代烃仲卤代烃 伯卤代烃。伯卤代烃。 2. E2: 双分子消去历程。大部分 E2 是反式消除。CH3O-CH3OH+KOHSlowC6H5HCH3HC6H5XC6H5CH3HC6H5-HXFastC6H5 C6H5C=C CH3 HCH3O-过渡态过渡态C6H5HHC6H5XCH3 反响的择向符合saytzeff规那么。 三类卤代烃进展E2反响速度比较(同E1)： CH3 CH3CH3-C-X CH3-CH-X CH3CH

25、2-X CH3-X CH3试剂的碱性强, 溶剂的极性小,有利于E2。过渡态过渡态C6H5HHC6H5XCH3五、亲核取代反响与消除反响的关系五、亲核取代反响与消除反响的关系 在大多数情况下。卤代烷的取代反响和消除反响经常是同时进展的。RCHCH2X Hb ba aSNOH-/H2OEOH-/EtOHR-CH2CH2-OH + X-R-CH=CH2 + HXOH-SNE 以水作溶剂有利于取代，以醇作溶剂有利于消除；试剂的碱性加强，有利于消除。在KOH的醇溶液中以消除为主，是由于生成了更强的碱：C2H5OH + K+OH- C2H5O-K+ + H2O 1. 卤代烃的构造对消除和取代反响有以下的影

26、响： R-X = CH3-X ，1o ， 2o ， 3o 将影响两类反响的要素普通归纳如下：消 除 增 加取 代 增 加因此制烯烃普通用叔卤代烃,而制备醇普通用伯卤代烃. 2. 试剂的碱性试剂的碱性 碱性越强，浓度越大，越有利于消除。碱性越强，浓度越大，越有利于消除。 3. 溶剂的极性溶剂的极性 低极性溶剂有利于消除。低极性溶剂有利于消除。 4. 温度的影响温度的影响 升高温度有利于消除。升高温度有利于消除。 六、卤代烯烃和卤代芳烃CH2=CH-CH2-X CH2=CH-CH2-CH2-X CH2=CH-X C6H5-CH2-Cl C6H5-CH2-CH2-Cl C6H5-Cl烯丙型/苄型卤烃

27、孤立型卤烃 乙烯型卤烃化学性质上的差别是它们在构造上的差别的反映。化学性质上的差别是它们在构造上的差别的反映。 亲核取代反响的活性与卤原子和 p键 的相对位置有关： 1. 乙烯型卤代烃：CH3CH2 Cl (m=2.05D)CH2=CH- Cl (m=1.45D) C6H5 Cl176pm169pm170pmCH3CH2 BrCH2=CHBrCH2=CH-CH2 -Br C6H5CH2Br C6H5Br285Kj/mol 318Kj/mol 230Kj/mol238Kj/mol335Kj/mol X直接与双键碳原子相连。由于直接与双键碳原子相连。由于p,p-共轭作用，共轭作用，CX键具有部分双键的性质，键较结实。试比较它键具有部分双键的性质，键较结实。试比较它们的键长和键能。们的键长和键能。ClAgNO3不反响醇CH2=CHCl + AgNO3不反响醇RCHCHXp-共轭使共轭使C-X键的电子云密度添加，极性减弱。键的电子云密度添加，极性减弱。 这类卤代烃的化学活性差，卤原子不易被取代，与AgNO3/醇溶液不作用。氯苯只需在高温