重庆大学有机8 卤代烃课件

1、第八章 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、与金属反应) 三、亲核取代反应历程 四、消除反应历程 五、亲核取代与消除反应的关系 六、卤代烯烃卤代芳烃 七、多卤代烃 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。 由于R

2、X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。第八章 卤代烃 (Halides)第一节 分类和命名一、分类1.按R的结构饱和卤代烃: 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 Ar-X苄型 ArCH2-X孤立型 Ar(CH2)n X2.按C-X键C的类型伯卤代烃仲卤代烃叔卤代烃CH3CH2Cl CH2=CHCH2BrCH3CHCH3 Cl(CH3)3C-Cl3.按X的种类氟代烃（制法和性质特殊）氯代烃、溴代烃、碘代烃4

3、.按X的数目一卤代烃 CH3CH2Cl 用作局部麻醉剂多卤代烃HCCI3 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 普通命名法; 俗名; 系统命名法1.普通命名法: 烷基名称+卤原子名称CHCl3三氯甲烷C2H5Cl氯乙烷 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：根据最低序列原则将主链编号。当连有两个取代基且其一为卤原子时，应给卤原子较大的编号。CH3

4、CH2CH-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-氯戊烷卤素取代芳环氢时，以芳烃作母体.Cl CH2ClBr BrCH3Cl3,5-二溴甲苯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：对-氯苯氯甲烷第二节 卤代烃的性质1. bp、mp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

5、弱极性有机物. 3. 密度： R-Cl R-Br 2 1 乙烯型RX + H-OH R-OH + HXRX + NaOH ROH + NaX (3) 被氨基取代：卤代烷与过量氨作用，生成胺。RX + NH3(过量) RNH2 + HX (4) 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生成的胺是碱,又与HX成盐：R-NH3 X或写成 RNH2HX (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：不同结构的卤代烃卤原子活性不同,产生A

6、gX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)加热才起反应加热也不反应室温迅速生成AgXProblem 1：鉴别 C6H5-CH2-Cl， C6H5-CH2-CH2-Cl， C6H5-ClC6H5-CH2-Cl， C6H5-CH2-CH2-Cl，C6H5-Cl乙醇/ DRX + AgONO2 R-O-NO2 + AgX 影响亲核取代反应的因素主要有：1. RX中R的结构(在反应历程部分讨论)2.离去基的性质: -I -Br -Cl -F (氟代烃难发生取代反应)3.亲核试剂的亲核能力: HS- RS- CN- I- NH3 OH-

7、 Br- OR- Cl- F- H2OProblem 2:1. CH3CH2-Br Na HS Na I/丙酮 ONaCH3CO2Na2. H2N-CH2CH2CH2CH2Cl CH3CH2-SH (硫醇)CH3CH2-I(卤素互换反应)CH3CH2-O (芳醚)CH3CO2CH2CH3 (酯)NH 2. 消除反应(b-Elimination) 由分子中脱去一个小分子(如HX、H2O等)形成不饱和结构的反应称为消除反应。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-消除反应。由于叔卤代烷有

8、3个 b-C，其上的H均有可能消除，故发生消除反应的活性:叔卤代烷 仲卤代烷 伯卤代烷 对于仲卤代烷和叔卤代烷，消除反应可沿二个或三个方向进行。CH3CH2CHCH3 CH3CH=CHCH3+ CH3CH2CH=CH2 BrKOH/EtOHD2-丁烯 (81%) 1-丁烯 (19%)CH3CH2-C-CH3 CH3CH=C-CH3 + CH3CH2C=CH2 BrKOH/EtOHDCH3CH3CH32-甲基-2-丁烯 71% 2-甲基-1-丁烯 29% 仲或叔卤代烃脱 HX 时，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：主要是从含H较少的b-C上脱氢。此称为Saytzeff

9、规则。注意：1.卤代烃的消除反应和取代反应往往同时发生，有竞争性，例如：CH3CHCH3 + C2H5ONa (CH3)2CHOC2H5 + CH3CH=CH2 Br 23 % 79 % 乙醇，55 2.用体积大的强碱作试剂有利于末端烯烃的生成。此时， Saytzeff规则不适用。例如：(CH3)2CCH2CH3 + (CH3)3CO- CH2=CCH2CH3 Br CH3 72 %RX + Mg R-Mg-X (烃基卤化镁)无水乙醚这种产物叫格氏试剂(Grignard reagent). 格氏试剂结构中的 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

10、电荷的碳原子连接形成新的CC键（加长碳链）。d- d+与金属镁反应 卤代烃与金属镁在无水乙醚中反应，生成烃基卤化镁 Grignard试剂的反应Grignard试剂的结构与含活泼氢的化合物反应：避免：合成反应中不能存在含活泼氢的化合物。应用：定量测定活泼氢。CH3CHCH2-Br CH3d- d+CH3CHCH2-MgBrCH3Mg无水乙醚CH3CHCH2-Br CH3 CH3OCH3CHCH2C-OH合成 d+ d-O = C = O低温CH3CH3CHCH2-C-O-MgBrOCH3CHCH2C-OH + MgCH3O OH BrH+/H2O2-甲基丁酸 由于格氏试剂在有机合成中有广泛的应用

11、，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。 活泼卤代烃和RMgX 偶联产率较高，可以作为制备烃的方法：RMgX + ClCH2CH=CH2 RCH2CH=CH2 注意：与RMgX 偶联的必须是活泼卤代烃（烯丙型或苄型），一般卤代烃因产率较低，不适于制备。例：(CH3)3CH (CH3)3C-CH2CH2CH3 Cl2/光ClCH2CH=CH2H2/Pd(CH3)3CH (CH3)3CCl (CH3)3C-CH2CH2=CH2 (CH3)3C-CH2CH2CH3 三、亲核取代反应历程1.双分子亲核取代反应（SN2）模型反应：实验表明

12、，其反应速度与溴甲烷和碱的浓度成正比动力学：=k CH3Br OH-机理：二级反应反应一步完成,旧键断裂和新键形成同时进行.伴随构型转化(Valden inversion). 对于SN2历程，亲核试剂OH-是从X原子的背面进攻的，如果中心碳原子的3个 H 逐个换为-CH3，由于CH3的体积比 H大，阻碍OH-接近中心碳，使反应速度变慢，中心碳上连的取代基越多，体积越大，反应速度就越慢。这种立体效应称为空阻效应.动画模拟SN2反应历程 CH3 CH3CH3Br CH3CH2Br CH3-CH-Br CH3 -C-Br CH3SN2反应速度比较：200,0001,000 12 1RI RBr RC

13、l RF (极化度,离去基的碱性) SN2反应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反应.叔卤代烷一般不按SN2历程进行。碘代相对速度:2. 单分子亲核取代反应历程(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- 慢d+ d-(2) (CH3)3C+ + OH- (CH3)3COH(CH3)3C-OH 快过渡态 B 产物d+ d- 由于在决速步(1)中只有1个叔丁基溴参加反应(仅涉及CX键的断裂)，叫做单分子历程（SN1）。过渡态 A叔卤代烷

14、在碱性溶液中的水解是按单分子历程进行的。叔正碳离子 -Br-构型转化HO-CH3BrCH3CH3构型保持CH3HOCH3CH3CH3OHCH3CH3CH3CH3CH3C+(2) 反应分两步进行；(3) 有活性中间体正碳离子生成;(4) 产物构型外消旋化；(1) 单分子反应，反应速度仅与一种底物有关SN1历程的特点：(5) 常伴随重排产物动画模拟单分子亲核取代反应H2OSN1 condition CH3CH3 CCH2 + I- CH3 1o carbocation+SN1反应常伴随重排产物 CH3CH3 CCH2 I CH3 CH3CH3CCH2 CH3 + 3o carbocation CH

15、3CH3CCH2 OH CH3 No rearranementH2O/OH-SN2 conditionCH3-migrate CH3CH3 CCH2 CH3 OH rearranement productH2O,-H+ 亲核取代反应的两种历程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历程占优势的问题。空阻小SN2易供电效应及空间效应大SN1易SN2 and SN1按SN2变难,按SN1变易 烃基结构对历程的影响 P229电子效应 主要影响 SN1历程 立体效应 主要影响 SN2历程 CH3 CH3CH3X CH3 CH2X CH3 CHX CH3 C X CH3 Question

16、 3: Arrange the following compounds in order of increasing SN2 reactivity:CH3(CH2)4Br CH3CH2 CH(CH3) CH2 CH2BrC. CH3(CH2)2 C(CH3)2 CH2Br D. CH3(CH2)2 CH(CH3) CH2BrAnswer: A B D C亲核试剂的亲核能力对历程的影响 P232 溶剂极性大小对历程的影响 P234 亲核试剂对SN1历程影响不大。 亲核试剂的亲核性越强，体积越小，则SN2反应速率越快。 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.3.

17、邻基参与： P239 能够提供电子的基团处于中心碳原子邻近位置时，可通过某种中间体参与亲核取代反应，产物具有一定的立体化学特征，这种过程叫邻基参与。有邻基参与时，反应速率加快，因此邻基参与又称为邻基促进。例：(S)-2-溴丙烯（盐）(S)-2-乳酸（盐）上述反应既不属于SN1历程，也不属于SN2历程.邻基参与过程：第一步：第二步： 经过两次SN2取代，发生两次构型转化，最终得到构型保持的产物。邻基参与的主要类型：（1）含杂原子邻近基团参与反应（2）邻近双键参与反应 含杂原子基团如COO-、OH 、 OR 、 NH2 、 NR2 、 SR 、 S- 、 O- 、 Cl 、 Br 、 I等均可借助

18、负电荷或未共用电子对参与亲核取代反应。机理：（3）邻近芳基参与反应 P240四、消去反应(Elimination)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 E1反应的速度只与卤代烷浓度成正比：r = kR-X。 E1与SN1一样分两步进行，它们常同时发生。有利于SN1的因素也有利于E1 ，即反应速度有： 叔卤代烃 仲卤代烃 伯卤代烃。动画模拟E1消除 2. E2: 双分子消去历程。大部分 E2 是反式消除。CH3O-CH3

19、OH+KOHSlowC6H5HCH3HC6H5XC6H5 C6H5C=C CH3 HCH3O-过渡态C6H5HHC6H5XCH3C6H5HC6H5CH3-HXFast立体化学动画模拟E2反式消除 反应的择向符合saytzeff规则. 三类卤代烃进行E2反应速度比较(同E1): CH3 CH3CH3-C-X CH3-CH-X CH3CH2-X CH3试剂的碱性强, 溶剂的极性小,有利于E2。过渡态C6H5HHC6H5XCH3卤代烯烃脱卤化氢时，倾向于生成稳定的共轭二烯烃。（ P221 问题8.3 （1）Question:完成下列反应式Question:完成转变五、亲核取代反应与消除反应的关系 在

20、大多数情况下。卤代烷的取代反应和消除反应常常是同时进行的。RCHCH2X HbaSNOH-/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；试剂的碱性增强，有利于消除。在KOH的醇溶液中以消除为主，是因为生成了更强的碱：C2H5OH + K+OH- C2H5O-K+ + H2O 消除和取代反应的竞争烷基结构的影响 支链多，体积大，不利Nu-进攻碳，而增加了进攻氢的机会。空间效应：溶剂的影响 极性强的溶剂利于取代反应，极性弱的溶剂利于消除反应。典型反应：KOH的醇溶液：消除KOH的水溶液：取代亲核试剂的影

21、响 强碱有利消除，夺取氢能力强；弱碱有利取代。 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/苄型卤烃孤立型卤烃 乙烯型卤烃化学性质上的差异是它们在结构上的差异的反映。 亲核取代反应的活性与卤原子和 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 C6H5Br285K

22、j/mol 318Kj/mol 230Kj/mol238Kj/mol335Kj/mol X直接与双键碳原子相连。由于p,p-共轭作用，CX键具有部分双键的性质，键较牢固。试比较它们的键长和键能。ClAgNO3不反应醇CH2=CHCl +AgNO3不反应醇RCHCHXp-共轭使C-X键的电子云密度增加，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。氯苯只有在高温高压下才能与NaOH发生水解反应，生成苯酚。2. 烯丙型卤代烃 H2C=CHCH2Cl分子中的卤原子活泼， 容易与亲核试剂NaOH、RONa、NaCN、NH3、AgNO3等作用，且主要以SN1机理进行：

23、烯丙基正离子的p轨道烯丙基氯进行SN2反应的过渡态 3. 孤立型卤代烃 CH2=CH(CH2)n-X、C6H5(CH2)n-X (n1). 孤立型的卤代烃本身不能形成P-共轭，形成的正碳离子也不能形成P-共轭，其活性介于乙烯型和烯丙型之间，与一般卤代烃相同。 3.卤代芳烃 芳烃分子中的一个或几个氢原子被卤原子取代后的化合物称为芳卤化合物。卤代芳烃的分类卤原子连在苯环上：卤原子连在侧链上：卤代芳烃的命名母体：卤原子连在苯环上，以芳烃为母体。卤原子连在侧链上，以脂肪烃为母体，芳基和卤原子为取代基。4-氯甲苯 (对氯甲苯)2-氯-4-溴乙苯1,5-二溴萘3-苯基-1-氯丁烷-溴代苯乙烯苯氯甲烷苯三氯甲烷（苄基氯）卤代芳烃的化学性质结构与性质卤原子在分子中位置不同，活泼性不同。连于苯环：相当于卤乙烯。连在侧链位：相当与烯丙卤。连在侧链其它位：相当RX。（1）亲核取代反应（A）卤原子连在侧链位水解其他亲核（B）卤原子与苯