有机化学培优教程四-卤代烃课件

Chap.4

卤代烃14.1卤代烃的分类、命名和异构1.分类：（1）根据X的不同：F、Cl、Br、I代烷（2）根据R的不同：伯、仲、叔、甲基卤代烷（3）根据X的数目：一卤代、二卤代、多卤代烷（4）根据R是否饱和：卤代烯（炔）、卤代烷、芳 香族卤代物22.命名：普通命名法：根据分子中的烷基命名系统命名法：X作为取代基，当成烃的衍生物来命名。例如：3-甲基-4-氯-1-丁烯1-氯-2-苯丙烷4-丙烯基-1,8-二氯-2-辛烯-5-炔33.异构：4.2一卤代烷的结构和物理性质1.一卤代烷的结构及偶极矩(2S,3R)-2,3-二溴戊烷(2S,3S)-2,3-二溴丁烷2.一卤代烷的物理性质沸点、密度、溶解度44.3一卤代烷的化学反应1.亲核取代反应（SN）Nu-++X-：....-+CH3—I:CH3OH+I:....-底物（RX）：在反应中接受试剂的进攻亲核试剂（Nu:)：负离子：HO-，RO-，HS-，RS-，CN-， RCOO-，NO3-，等。含孤对电子的分子：H2O，ROH，NH3，R3N等........离去基团：L5威廉姆逊（Williamson）合成醚

R`X+RONaR`OR+NaX溶剂解（Solvolysis)反应：如水、醇等与卤代烷的反应，用作溶剂的水、醇同时又是亲核试剂。卤素之间的交换反应：如

R-Br+NaIR-I+NaBr丙酮7增长碳链的一般方法：（1）武慈合成：2RXR-R+2NaXNa，乙醚（2）铜锂试剂法：R2CuLi+R`X→R-R`+RCu+LiX（3）端炔烃的烷基化：+R`X+NaX（4）亲核取代反应（5）亲核加成反应82.消去反应β-消除反应：强碱+HX常用的强碱：醇钠/醇，KOH/乙醇（1）反应活性：30RX>20RX>10RX（2）H的区域选择性：Zaitsev规律（扎依采夫）a.消去含氢最少的β-C上的H而生成的烯烃为主产物b.生成双键碳上烷基取代基最多的烯烃为主产物C2H5OK，C2H5OH700C71%9例外：产物中有共轭体系生成时：KOH-醇3.还原反应（H-作为Nu-的SN2反应）最常用的还原剂：LiAlH4（THF）>NaBH4（醚）反应活性：RI>RBr>RCl;10RX>20RX>30RX104.与活泼金属的反应（1）+Li：RX+2Li乙醚或烷烃低温RLi+LiX反应活性：RI>RBr>RCl>RF（2）+Mg：RX+Mg乙醚或THFRMgX格氏试剂体系要求：绝对无水，溶剂彻底干燥溶剂：非质子溶剂（RCl：THFRBr：乙醚）反应活性：RI>RBr>RCl>RFRMgX+H-Y→R-H+X-Mg-Y（Y=OH，OR`，X，NH2，NR’R”，NHR’，，RCOO-）11练习注意：烯丙式卤代烃能与格氏试剂反应+++250C，5h

格氏试剂一般由卤代烃与镁粉在无水乙醚或四氢呋喃（THF）中反应制得。格氏试剂可与醚或四氢呋喃中的氧原子形成络合物，制备过程必须在绝对无水无二氧化碳无乙醇等具有活泼氢的物质（如：水、醇、氨NH3、卤化氢、末端炔等）条件下进行。12一步反应，动力学表现为二级反应亲核试剂是从离去基团的背面进攻发生构型的转化5.4亲核取代反应机理1.双分子反应机理（SN2)SN2.swf13SN2反应中过渡态结构：

sp2杂化新键已部分形成旧键已部分断裂反应势能变化图如右：凡能影响过渡态稳定性的因素都将影响反应的活性和选择性14（4）影响因素SN2位阻.swf

a底物结构：位阻效应。位阻越大，反应越慢

RX反应活性：甲基>10>20>3015b试剂的亲核性：试剂亲核性越强，反应越快c离去基团的离去能力：L接受电子的能力越大（L-碱性越小），离去倾向越大，反应越快。

如：OH-,NH2-,OR-<F-<Cl-<Br-<I-<TsO-碱性太强的基团，一般很难直接被Nu取代，在酸性条件下转变为碱性弱的或中性的基团后，才能反应16试剂的亲核性与碱性的比较：（1）试剂中亲核原子相同时（如Ｏ），其亲核性与碱性一致：RO－>HO－>ArO－>RCOO－>ROH>H2OHO－＞H2ORO－＞ROHRS－＞RSH碱性是指试剂对质子的亲合能力，而亲核性则是指试剂在形成过渡态时对碳原子的亲合能力。二者不完全等同：（2）同周期元素的同类型试剂，其亲核性与碱性一致：NH2－>HO－＞Ｆ－

R3C－>R2N－>RO－>F－17（1）周期表中同族元素产生的负离子或分子中，中心原子可极化度大的，亲核性较强。亲核性：RS－>RO－RSH＞ROHR3P>R3N亲核性与碱性不一致的有如下三种：（2）试剂的空间因素：空间位阻大的试剂亲核性小。如亲核性大小次序为：CH3O－>CH3CH2O－>(CH3)2CHO－>(CH3)3CO－，刚好与碱性强弱的次序相反。18（3）溶剂对亲核性的影响：在水、醇、胺等质子性溶剂中，Nu-溶剂化作用强，亲核性与碱性相反：I－>Br－>Cl－>F－而在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(

DMSO)、六甲基磷酰胺(HMPA)等偶极非质子溶剂中，Nu-不被溶剂化，亲核性与碱性一致，均为：I－<Br－<Cl－<F－

192.单分子反应机理（SN1.swf)

叔卤代烷及部分仲卤代烷按此机理进行。

如：OH-+(CH3)3CBr→(CH3)3COH+Br-

(1)反应动力学：v=k[(CH3)3CBr]一级反应反应过程：反应分两步进行：20反应特点：有活性中间体碳正离子生成，常伴随着重排反应和消去反应（2）立体化学特点：R+中心碳原子为sp2杂化，为平面结构，若原中心碳原子为手性碳原子，产物应该发生外消旋化.swf然而，SN1反应常常得到部分外消旋化产物，及构型转化产物的量大于构型保持产物21（3）能线图R+L-22(4)影响因素：a.底物结构：电子效应，形成的碳正离子越稳定，反应越容易进行23R+的稳定性顺序：30苄基>30烯丙基>20苄基>20烯丙基>30>10苄基=10烯丙基=20>10>+CH3>乙烯基例如：将下列物质与硝酸银-乙醇溶液反应难易程度排序：（Ag+或Hg2+等离子对卤代烃起SN1反应有促进作用）123424烯丙式卤代烃苄基式卤代烃叔式卤代烃硝酸银-乙醇室温即有AgX生成伯卤代烃仲卤代烃硝酸银-乙醇加热有AgX生成乙烯式卤代烃卤苯桥头卤代烃硝酸银-乙醇加热也无AgX生成25c.溶剂的影响：具体要看决速步骤中过渡态的电荷分布情况，相对于反应底物，电荷是更集中（增加）或更分散（减少）。SN1决速步骤中过渡态是高度极化的，电荷增加，质子溶剂的极性越大，过渡态溶剂化作用越强，过渡态能量越低，反应活化能越小，SN1反应越快。而SN2过渡态中电荷更分散，质子溶剂的极性越大，对SN2抑制作用越显著。b.离去基团的影响：L接受电子的能力越大，离去倾向越大，反应越快（碱性弱的基团易离去）离去能力：

H2O<Cl-<Br-<I-~TsO-

26极性：乙醇<水若用介电常数较大的含水甲酸使卤代烷进行水解反应，由于SN2反应受到抑制，仲卤代烷的水解机理也是SN1，但速度比叔卤代烷慢得多，而伯卤代烷的水解机理仍为SN227由离子对历程可以得到很好的解释285.5其他机理离子对机理：该机理认为反应物在溶液中的离解是分阶段的：

R-L［Ｒ＋Ｌ－］［Ｒ＋||L－］Ｒ＋＋Ｌ－作用物紧密离子对溶剂分隔离子对自由正负离子SN2SN129离子对机制30产物构型取决于底物结构（R+稳定性）离去基团的离去能力试剂亲核性强弱溶剂极性大小2.分子内的亲核取代反应机理（SNi）乙醚构型保持31立体化学特点：产物构型保持第一步

ROH+SOCl2ROSOCl+HCl第二步

R—OSOCl

紧密离子对

第三步

RCl+SO2而在吡啶中,ROSOCl与吡啶作用生成ROSON+C5H5和Cl-,Cl-是自由的，可以从背后进攻R的中心碳原子,得到构型转变的产物。323.邻基参与邻基参与.swf-Br-分子内SN2OH-SN233条件：反应物分子中心碳原子邻近有-COO-，-O-，-OH，-OR，-NH2，-X等基团存在时，且空间距离适当时，这些基团就可以借助它们的负电荷或未共用电子对参与分子内的亲核取代反应。结果：a.限制产物构型（构型保持）

b.导致环状化合物的生成5.6一卤代烷的制法5.7卤代烷的用途34

SN2SN1底物10,20,甲基20,30,苄基,烯丙基Nu的亲核性较好

较差溶剂DMSO或丙酮等H2O或醇等极性非质子溶剂极性质子溶剂L的离去能力较差较好SN2/SN1比较355.8消去反应机理1.双分子消去，E2.swf(1)反应特点：典型的E2反应，新键的生成和旧键的断裂是协同进行的，碱参与了过渡态的形成，动力学表现为二级反应，υ=κ[RX][B:-]36（2）E2反应的区域选择性：Zaitsev’sRule

37a.烯烃双键碳上烷基取代基较多的烯烃较稳定，生成它的过渡态也较稳定，相应的活化能也较低，反应速度较快，这种烯烃在产物中的份额也较大。38b.随着碱的体积增加，1-位烯烃逐渐成为反应的主产物。39c.在下列情况下，Zaitsev’sRule

不符合，这是由于共轭效应使得产物更稳定（Hofmann规则）。40（3）E2反应的反应活性a.RX：30>20>1041b.RI>RBr>RCl>RF（与L的离去能力一致）42（4）E2反应的立体化学（立体选择性反应）

a.H-C-C-X四原子共平面，且H和X为反式；43b.由过渡态的相对稳定性决定反式烯烃为主产物44思考：请解释下列反应事实(2S,3S)-2-溴-3-苯丁烷消去后得到(E)-2-苯基-2-丁烯；而(2S,3R)-2-溴-3-苯丁烷消去后得到(Z)-2-苯基-2-丁烯（5）环状化合物的E2消去反应β-H和X必须处于a键，这不仅影响到反应活性，而且影响到β-H的区域选择性和立体选择性45例如：46再如：47练习：